ケイ素(シリコン) \ce{Si}}}クラーク数}}(\textcolor[named]{ForestGreen}{地殻中の元素の存在度})\,\textbf{\textcolor{red}{2位}} \textbf{\ruby{\ce{O}}{\textcolor{magenta}{おっ}} \ruby{\ce{Si} \ce{Al}}{\textcolor{magenta}{しゃっ}} \ruby{\ce{Fe}}{\textcolor{magenta}{て}} \ruby{\ce{Ca}}{\textcolor{magenta}{か}} \ruby{\ce{Na}}{\textcolor{magenta}{な
SiO2}をコークス\ce{C}や\ce{Mg}で還元}}する.\ \textbf{\textcolor{magenta}{単体は天然に存在しない.}} \\[.5zh]
工業的 \textbf{\ce{SiO2 + 2C ->} \textcolor{red}{\ce{Si}} + \ce{2CO}} \\[.5zh]
実験的 \textbf{\ce{SiO2 + 2Mg ->} \textcolor{red}{\ce{Si}} + \ce{2MgO }} \\\\
\textbf{性質} \maru1\ \ ダイヤモンドと同じく,\ \textbf{\textcolor{red}{正四面体構造の共有結合結晶}}.\ \textbf{\textcolor{orange}{金属光沢}}をもつ. \\[.5zh]
\maru2\ \ わずかな電気伝導性. \\[.2zh]
\ \ \textbf{超高純度では\textcolor{red}{半導体}}であり,\ 集積回路(IC),\ 太陽電池等に利用される. 二酸化ケイ素(シリカ) \ce{SiO_2}}} \\[1zh]
\maru1\ \ \textbf{\textcolor{magenta}{石英}}として天然に存在する. その透明な結晶を\textbf{\textcolor{magenta}{水晶}}, 砂状のものをケイ\rubytiny{砂}{しゃ}}}という. \\[.5zh]
共有結合結晶}で融点が高く, 硬い.}水には溶けない}}が, \textbf{\textcolor{red}{フッ化水素には反応して溶ける}}(\ce{HF}はガラス\ce{SiO2}を溶かす). \\[.2zh]
\ \ $\bm{\ce{SiO2 + 6HF\ (aq) ->ヘキサフルオロケイ酸}}{\ce{H2SiF6}+\ce{2H2O}}$ (\textcolor[named]{ForestGreen}{錯イオン形成反応}) \\[.5zh]
\maru4\ \ \textbf{二酸化ケイ素の結晶構造} \textbf{\textcolor{red}{\ce{SiO4}\,の正四面体構造を三次元的に繰り返した構造.炭化ケイ素(カーボランダム) \ce{SiC}}} \\[1zh]
\textbf{製法} \textbf{\textcolor{cyan}{\ce{SiO2}に過剰のコークス\ce{C}を加える.}} \\[.5zh]
\textbf{\ce{SiO2 + 3C ->} \textcolor{red}{\ce{SiC}} + \ce{2CO}} \\[1zh]
\textbf{性質} \ce{Si}と\ce{C}が交互に共有結合したダイヤモンド型結晶. \\[.2zh]
ダイヤモンドに近い硬さで,\ 研磨剤などとして用いられる.
%融解液を急冷すると原子の配列が不規則な無定形(アモルファス,非晶質) \\
%高温になるほど共有結合が切れやすく,\ 伝導する電子数が増えるのでより電気を通す(金属は高温ほど自由電子の動きが妨げられて抵抗率が増加) \\
半導体の\ce{Si}の純度は99.999999999\%である(9が11個並ぶのでイレブンナインと呼ばれる). \\[1zh]
\ce{SiO2 + 6HF -> H2SiF6 + 2H2O}は,\ ヘキサフルオロケイ酸イオン\ \ce{[SiF6]^2-}なる錯イオン形成反応. \\[.4zh]
\bm{\ce{HF}が気体の場合は四フッ化ケイ素が生成}する. \textbf{\ce{SiO2 + 4HF}\ (気)\ \ce{-> SiF4 ^ + 2H2O}} \\[1zh]
\ce{SiO2}\,の結晶構造は\ce{SiO4}\,の繰り返しだが,\ 1個の\ce{O}原子を2個の\ce{Si}原子で共有している. \\[.4zh]
\ce{Si}原子1個に対する\ce{O}原子は2個になるから,\ 組成式は\ce{SiO2}\,である. \\[1zh]
高校化学では,\ 共有結合結晶をとる物質として\,\ce{C},\ \ce{Si},\ \ce{SiO2},\ \ce{SiC}\,の4つを抑えておけば済む.
NaOH}} & & 水と加熱 & & \maru2\ \textcolor{magenta}{\ce{HCl}} & \\ [-0.7zh]
\textcolor{red}{ケイ砂} & \ce{->[ ]} & \textcolor{red}{ケイ酸ナトリウム} & \ce{->[ ]} & \textcolor{red}{水ガラス} & \ce{->[ ]} & \textcolor{red}{ケイ酸} \\
\textcolor{cyan}{\ce{SiO2}} & \text{\textcolor[named]{ForestGreen}{中和}} & \textcolor{cyan}{\ce{Na2SiO3}} & & & \text{\textcolor[named]{ForestGreen}{弱酸の遊離}} & \textcolor{cyan}{\ce{H2SiO3}} \\
ケイ砂}}と\textbf{\textcolor{magenta}{水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウム}}を\textbf{\textcolor{orange}{加熱融解}}し,\ \textbf{\textcolor{red}{ケイ酸ナトリウム}}を得る. \\[.2zh]
\ \ \textbf{\ce{SiO2 + 2NaOH ->[][\textcolor{orange}{加熱}]} \textcolor{red}{\ce{Na2SiO3}} + \ce{H2O}} ($\textcolor[named]{ForestGreen}{酸性酸化物＋塩基\ →\ 塩+水}$) \\[.2zh]
\ \ \textbf{\ce{SiO2 + Na2CO3 ->[][\textcolor{orange}{加熱}]} \textcolor{red}{\ce{Na2SiO3}} + \ce{CO2}} \\[.5zh]
\maru2\ \ 水ガラスの水溶液に\textbf{\textcolor{magenta}{塩酸}}を加えると,\ \textbf{\textcolor{red}{白色ゲル状のケイ酸が沈殿}}する. \\[.2zh]
\ \ \textbf{\ce{Na2SiO3 + 2HCl -> 2NaCl} + \textcolor{red}{\ce{H2SiO3}}} (\textcolor[named]{ForestGreen}{弱酸の遊離}) \\\\
\maru3\ \ \textbf{\textcolor{magenta}{ケイ酸を加熱・脱水}}して\textbf{\textcolor{blue}{シリカゲル}}を得る.\ \textbf{\textcolor{red}{乾燥剤(中性)や吸着剤}}に用いられる. \\\\\\
シリカゲルに\textbf{\textcolor{purple}{塩化コバルト(\text{I\hspace{-.1em}I})\ \ce{CoCl2}}}\,を含ませると,\ \textbf{\textcolor{purple}{水分の吸収の程度が色の変化でわかる.}}} \\[.4zh]
\textbf{乾燥状態では\textcolor{blue}{\ce{Co2+}の青色},\ 吸水すると\dilutecolor{red}{.7}{dr}\textcolor{dr}{\ce{[Co(H2O)6]2+}\,の淡赤色}を示す.
(酸化物+水\ →\ オキソ酸)の規則に従えば,\ \ce{SiO2 + H2O -> H2SiO3}\ となるはずである. \\[.4zh]
しかし,\ 共有結合結晶である\ce{SiO2}\,は水に不溶であり,\ この反応は進行しない. \\[.4zh]
\ce{SiO2}\,を\bm{塩基と共に加熱融解}すると,\ \bm{中和反応}により塩\ce{Na2SiO3}\ が生じる. \\[.4zh]
ケイ酸イオンは単独の\ce{SiO3^2-}分子ではなく,\ 四面体構造の\ce{SiO4}\,が鎖状に連なった(\ce{SiO3}^{2-})_n\,である. \\[.4zh]
4個の\ce{O}のうち2個は他の\ce{Si}と共有しているので,\ 1個の\ce{Si}に対する\ce{O}は3個. 2+\bunsuu12\times2=3 \\[.8zh]
%それゆえ,\ ケイ酸ナトリウムは塩であるにもかかわらず,\ 水への溶解度が低い. \\[.2zh]
\ce{Na2SiO3}\,と水を加熱すると,\ 鎖状のケイ酸イオンが絡み合い,\ \bm{粘性の高い無色液体}となる(\bm{水ガラス}). \\[.2zh]
\ce{Na2SiO3}\,は,\ 弱酸のケイ酸と強塩基\ce{NaOH}からなる塩なので,\ 水ガラスは塩基性を示す. \\[1zh]
\maru1の\ce{SiO2}と\ce{Na2CO3}の反応式は,\ 次の2段階で反応したと考えるとよい. \\[.4zh]
[1]\ \ \ce{Na2CO3 <=> Na2O + CO2} & (加熱により,\ 塩基性酸化物+酸性酸化物\ →\ 塩の逆反応) \\[.4zh]
[2]\ \ \ce{Na2O + SiO2 -> Na2SiO3} & (塩基性酸化物+酸性酸化物\ →\ 塩)
普通,\ アルカリ金属の炭酸塩は熱分解しにくい. \\[.2zh]
しかし,\ [2]で\ce{Na2O}が\ce{SiO2}と中和していくため,\ [1]の平衡が右に移動する(ルシャトリエの原理). \\[1zh]
実際にはケイ酸の組成は一定ではなく,\ 一般式\ce{SiO2}・n\ce{H2O}\ (0
