Введение

Химические соединения, содержащие по меньшей мере один атом кремния. Как элемент углеродной группы, кремний часто образует соединения в окислительном состоянии +4, хотя было обнаружено много необычных соединений, которые отличаются от ожиданий, основанных на его валентных электронах, включая силициды и некоторые силаны. Силициды металлов, галогиды кремния и подобные неорганические соединения могут быть получены путем непосредственного реакции элементарного кремния или диоксида кремния со стабильными металлами или с галогенами. Силаны, соединения кремния и водорода, часто используются в качестве сильных редукторов, и могут быть получены из сплавов алюминия и кремния и соляной кислоты. Несколько неорганических соединений образовались с кремниевым и другими неметалами, такими как серя и азота; большинство из этих соединений очень несовместимы с водой. Одним из наиболее полезных и успешно продаваемых неорганических соединений кремния является карбид кремния. Природное содержание кремния содержится в силикатных и алюминосиликатных минералах. Одним из наиболее распространенных соединений кремния, обнаруженных в земной коре, является диоксид кремния или кремний диоксид, который часто встречается в виде кварца. Органосилициевые соединения довольно стабильны из-за сходства в прочности связи SiC с связью CC. Органосиликаты включают в себя полимеры силикона.

Галиды

Кремний и карбид кремния легко реагируют со всеми четырьмя стабильными галогенами, образуя бесцветные, реактивные и летучие тетрахалиды кремния. Тетрафторид кремния также может быть получен путем фторирования других галоидов кремния и получается при воздействии фтористоводородной кислоты на стекло. Реакция тетрафторида кремния с избытком фтористого кислоты дает октаэдрический гексафторугликатный анион SiF62. Чистые кристаллы кремния встречаются очень редко в природе, но заметными исключениями являются кристаллы размером 0,3 мм, обнаруженные при отборе проб газов из вулкана Кудрявы на Итурупе, одном из Курильских островов. Силикатные и алюминосиликатные минералы имеют много различных структур и различную стехиометрию, но их можно классифицировать по некоторым общим принципам. Тетраэдрические SiO2углеродные единицы4 являются общими для почти всех этих соединений, либо в виде дискретных структур, либо объединены в более крупные единицы путем совместного использования угловых атомов кислорода. Они могут быть разделены на незосиликаты (дискретные SiO2удельные единицы4), не имеющие атомов кислорода, серосиликаты (дискретные SiO2удельные единицы7), имеющие один атом кислорода, циклосиликаты (закрытые кольцевые структуры) и иносиликаты (непрерывные цепные или ленточные структуры), имеющие два атома кислорода, филосиликаты (непрерывные листы), имеющие три атома кислорода, и тектосиликаты (непрерывные трехмерные структуры), имеющие четыре атома кислорода. Полученная решетка атомов кислорода обычно плотно упакована или близка к ней, при этом заряд уравновешивается другими катионами в различных полиэдрических участках в зависимости от размера. Ортосиликаты MSiO (M = Be, Mg, Mn, Fe, Zn) и являются незосиликатами. (фенацит) необычен, поскольку и BeII, и SiIV занимают четыре координатных тетраэдрических места; другие двузначные катионы вместо этого занимают шесть координатных октаэдрических мест и часто изоморфно заменяют друг друга, как в оливине, цирконе, , требует восьми координатных катионов ZrIV из-за стехиометрии и из-за их большого ионного радиуса (84 pm). Также значимы гранаты, [MM(SiO) ], в которых двузначные катионы (например, Ca, Mg, Fe) имеют восемь координат, а трехзначные - шесть координат (например, Al, Cr, Fe). Регулярная координация не всегда присутствует: например, она не встречается в , которая смешивает шесть и восемь координатных мест для CaII. Силикаты соро, включающие дискретные двойные или тройные тетраэдрические единицы, довольно редки: также известны метасиликаты, включающие циклические 2n− единицы угловых прилегающих тетраэдров, образующих многоугольное кольцо. Метасиликаты цепи, {SiO}, образуются путем разделения углов неопределенной цепи связанных SiO4 тетраэдров. Многие различия возникают из-за различных повторных расстояний конформации по линии тетраэдров. Наиболее распространенным является повторный расстояние 2, как и в большинстве пироксиновых минералов, но также известны повторные расстояния 1, 3, 4, 5, 6, 7, 9 и 12. Эти цепи могут затем соединяться друг с другом, образуя двойные цепи и ленты, как в минералах асбеста, включая повторяющиеся цепи циклических тетраэдрических колец. Силикаты слоя, такие как глиняные минералы и микасы, очень распространены и часто образуются при горизонтальном перекрестном соединении метасиликатных цепей или плоской конденсации меньших единиц. Примером является каолинит []; во многих из этих минералов часто встречается замена катиона и аниона, так что, например, тетраэдрический SiIV может быть заменен AlIII, октаэдрический AlIII может быть заменен MgII и трехмерным каркасом. Алюминосиликаты структурно очень сложны; их можно рассматривать как начинающиеся от структуры, но, заменив до половины атомов SiIV на AlIII, они требуют, чтобы в структуру было включено больше катионов для балансирования заряда. Примеры включают в себя фельдспарты (самые распространенные минералы на Земле), цеолиты и ультрамарины. Многие фельдспаты могут рассматриваться как составляющие часть тройной системы. Их решетка разрушается под действием высокого давления, в результате чего AlIII подвергается шести координациям, а не четырем координациям, и эта реакция, разрушающая фельдспаты, может быть причиной прерыва Мохоровичича, что означает, что кора и мантия имеют один и тот же химический состав, но разные решетки, хотя это не является общепринятым мнением. В цеолитах имеется много полиэдрических полостей (наиболее рас�...

Органические кремниевые соединения

Поскольку связь SiC близка по прочности к связке CC, органосилициловые соединения имеют тенденцию быть заметно термически и химически стабильными. Например, тетрафенилсилан может быть дистиллирован в воздухе даже при температуре кипения 428 °C, а также его заменители - производные Ph3SiCl и , которые кипят при 378 °C и 305 °C соответственно. Кроме того, поскольку углерод и кремний являются химическими конгенерами, химия органокремния показывает некоторые значительные сходства с химией углерода, например, в склонности таких соединений к цеплению и формированию множественных связей. Однако существенные различия также возникают: поскольку кремний более электроположителен, чем углерод, связи с более электроотрицательными элементами, как правило, сильнее с кремнием, чем с углеродом, и наоборот. Таким образом, связь SiF значительно сильнее, чем даже связь CF, и является одной из самых сильных одиночных связей, в то время как связь SiH намного слабее, чем связь CH, и легко разрушается. Кроме того, способность кремния расширять свой октет не разделяется углеродом, и поэтому некоторые органосилициевые реакции не имеют органических аналогов. Например, нуклеофильная атака на кремний не происходит процессами SN2 или SN1, а вместо этого проходит через отрицательно заряженный истинный пятикоординатный промежуточный элемент и выглядит как замена на препятствованном третьем атоме. Это работает для кремния, в отличие от углерода, потому что длинные связи SiC уменьшают стерическое препятствие, и нет геометрических ограничений для нуклеофильной атаки, в отличие, например, от CO σ* антиобвязывающего орбиталя. Тем не менее, несмотря на эти различия, механизм все еще часто называют "SN2 в кремнии" для простоты. Одной из наиболее полезных групп, содержащих кремний, является триметилсилил, Me3Si. Связь SiC, соединяющая его с остальной частью молекулы, достаточно сильна, позволяя ему оставаться, пока остальная часть молекулы подвергается реакциям, но не настолько сильна, что она не может быть удалена специально при необходимости, например, ионом фторида, который является очень слабым нуклеофилом для углеродных соединений, но очень сильным для органосилициловых соединений. Его можно сравнить с кислотными протонами; в то время как триметилсилил удаляется твердыми нуклеофилами вместо оснований, оба удаления обычно способствуют устранению. Как правило, в то время как насыщенный углерод лучше всего атакуют нуклеофилы, которые являются нейтральными соединениями, на основе неметалов, находящихся далеко внизу периодической таблицы (например, серы, селена или йода), или даже и то, и другое, кремний лучше всего атакуют заряженные нуклеофилы, особенно те, которые включают такие высокоэлектронегативные неметалы, как кислород, фтор или хлор. Например, энолаты реагируют на углерод в галоалканах, но на кислород в силилхлоридах; и когда триметилсилил удаляется из органической молекулы с использованием гидроксида в качестве нуклеофила, продуктом реакции является не силанол, как можно было бы ожидать от использования углеродной химии в качестве аналогии, потому что силоксид является сильно нуклеофильным и атакует исходную молекулу, чтобы получить силилэфир гексаметилдизилоксана. Напротив, в то время как реакция SN2 в основном не подвержена наличию частичного положительного заряда (δ +) на углероде, аналогичная реакция "SN2" на кремнии так же подвержена. Так, например, силилтрифлаты настолько электрофильны, что реагируют в 108 - 109 раз быстрее, чем силилхлориды, с содержащими кислород нуклеофилами. Триметилсилилтрифлат является особенно хорошей кислотой Льюиса и используется для преобразования карбонильных соединений в ацеталы и силилэнольные эфиры, реагируя вместе аналогично алдольной реакции. Силиконовые связи обычно образуются тремя способами. В лаборатории, приготовление часто осуществляется в небольших количествах путем реакции тетрахлорозилана (тетрахлорида кремния) с органолитием, Гринардом или органоалюминиевыми реагентами, или путем каталитического добавления SiH через C = C двойные связи. Второй путь имеет недостаток в том, что он не применим к наиболее важным силанам, метиловым и фениловым силанам. Органосиланы производятся промышленным путем прямого реагирования алкиловых или ариловых галоидов с кремниевым элементом с 10% по весу металлической меди в качестве катализатора. Стандартных органических реакций достаточно для получения мн...

Полимеры силиконовых

Слово "силикон" впервые использовалось Фредериком Киппингом в 1901 году. Он придумал это слово, чтобы проиллюстрировать сходство химических формул между Ph2SiO и бензофеноном, Ph2CO, хотя он также подчеркнул отсутствие химического сходства из-за полимерной структуры Ph2SiO, которая не разделяется Ph2CO. Силиконы можно считать аналогами минеральных силикатов, в которых метильные группы силиконов соответствуют изоэлектронным группам силикатов. Они достаточно устойчивы к экстремальным температурам, окислению и воде, и обладают полезными диэлектрическими, антистыковыми и антипенными свойствами. Кроме того, они долгое время устойчивы к ультрафиолетовому излучению и выветриванию, и физиологически инертны. Они довольно нереагируют, но реагируют с концентрированными растворами, содержащими ион гидроксида и фторирующие агенты, и иногда могут даже использоваться в качестве легких реагентов для селективного синтеза. Например, ценно для приготовления производных молибдена и оксигалидов вольфрама, превращая суспензию гексахлорида вольфрама в дихлороэтановом растворе количественно в менее чем за час при комнатной температуре, а затем в желтый цвет при 100 °C в легкой нефти при выходе 95% в течение ночи.