• nachází se ve skupině IV.A
• jeho elektronová konfigurace je $[Ne]3s^23p^2$

Zisk a výskyt křemíku

• po kyslíku je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře
• vyskytuje se pouze v kyslíkatých sloučeninách
• jeho afinita ke kyslíku bránila přípravě čistého prvku
  • poprvé byl čistý křemík připraven redukcí hexafluorokřemičitanu draselného $K_2[SiF_6]$ roztaveným draslíkem
• dnes se čistý křemík připravuje redukcí křemene $SiO_2$ velmi čistým koksem v elektrické obloukové peci
  • jindy se připravuje také redukcí karbidem vápenatým
• vysoce čistý křemík se připravuje redukcí hexafluorokřemičitanu sodného sodíkem a rafinuje se zonální tavbou
  • takový křemík se potom používá v elektrotechnickém průmyslu

Vlastnosti křemíku

• je to velmi tvrdá, krystalická látka se strukturou podobné diamantu
• je polovodičem

Vazebné možnosti křemíku

• vyskytuje se nejčastěji v oxidačních číslech $-IV$ a $IV$
• na rozdíl od uhlíku tvoří řetězce málo ochotně
  • vazba $Si-Si$ má podstatně nižší energii než vazba $C-C$
• vazby $Si-H$ jsou také slabší než vazby $C-H$
  • jeho sloučeniny s vodíkem jsou proto méně stále
• vazba $Si-O$ je ovšem oproti vazbě $C-O$ mnohem pevnější
  • proto existuje obrovská řada křemičitanů
    • analogické sloučeniny uhlík netvoří

Chemické reakce křemíku

• křemík je poměrně odolný vůči působení vzdušného kyslíku a vody
  • na povrchu se pokrývá vrstvičkou oxidu křemičitého
• odolává roztokům kyselin
• snadno se rozpouští ve vodných roztocích alkalických hydroxidů
• není přiliš reaktivní
  • za vyšších teplot se ale přímo slučuje s řadou prvků

Sloučeniny křemíku

Sloučeniny křemíku s kyslíkem

• oxid křemičitý $SiO_2$
  • je to pevná, těžko tavitelná sloučenina
  • má polymerní strukturu
  • každý atom křemíku je vázán na čtyři atomy kyslíku
    • jednotka má tetraedrickou koordinaci
  • jednotlivá rozmístění tetraedrů umožňují vzni rozsáhlého množství alotropických modifikací
    • k nejvýznamnějším patří křemen, cristobaltit a tridymit
      • každý má navíc $\alpha$ a $\beta$ formu
    • nejrozšířenější je křemen
      • vyskytuje se převážně ve formě písku
      • větší a průzračnější formy křemene se nazývají křišťály a používají se na výrobu optických přístrojů
      • barevné odrůdy křemene jsou známy pod svými mineralogickými názvy
        • fialová - ametyst
        • růžová - růženín
        • hnědá - záhněda
        • žlutá - citrín
• kyseliny křemičité
  • $H_2SiO_3$, $H_4SiO_4$, $H_2Si_2O_5$, $H_6Si_2O_7$
  • jsou známé pouze ve formě roztoků
    • při pokusech o jejich izolaci došlo ke vzniku homo- a kopolymerům
  • jejich soli jsou hospodářsky významné sloučeniny

Sloučeniny křemíku s vodíkem a halogeny

• silany
  • jsou to binární sloučeniny křemíku a vodíku
  • mají obecný vzorec $Si_nH_{2n+2}$ ($n={1,2,3,4,5,6,7,8}$)
  • monosilan $SiH_4$ a disilan $Si_2H_6$ jsou bezbarvé plyny
    • vyšší silany jsou těkavé kapaliny
  • jsou velmi reaktivní a nestálé
  • na vzduchu jsou samozápalné
    • jejich termická stabilita klesá s délkou řetězce
  • s vodou reagují za vývoje vodíku
• halogenidy křemičité
  • mají obecný vzorec $Si_nX_{2n+2}$
  • přípravují se přímou reakcí prvků
  • s vodou reagují za vzniku oxidu křemičitého a halogenovodíku
  • chlord křemičitý $SiCl_4$
    • vyrabí se v obrovském množství pro přípravu čistého křemíku pro polovodičovou techniky
• alkylhalogensilany
  • odvozují se náhradou vodíkových atomů slianů za halogeny a alkylové skupiny
  • jejich hydrolýzou vznikají siloxany
    • v případě dialkyldihalogensilanů vznikají hydrolýzou polymerní látky - polysiloxany
      • řetězec je tvořen střídajícími se atomy křemíku a kyslíku
      • podle délky se jedná o oleje, pryskyřice nebo kaučuky
      • označují se také silikony
        • mají velké využití v hydraulice, jako mazací prostředky nebo jako termicky odolné silikonové kaučuky

Karbid křemíku $SiC$

• karborundum
• vyrábí se reakcí křemeného písku s nadbytkem koksu nebo antracitu v elektrické peci
  • $SiO_2+2\ C\longrightarrow{Si+2\ CO}$ ngrightarrow{SiC}$
• je to velmi tvrdá látka
  • je jen o něco málo tvrdší než diamant
• používá se jako brusný materiál

Výroba skla

• na výrobu skla se spotřebuje velké množství křemíku ve formě sklářského písku
• kromě $SiO_2$ se používají i další sloučeniny
  • $Na_2CO_3$ - uhličitan sodný
  • $Na_2SO_4$ - síran sodný
  • $K_2CO_3$ - uhličitan sodný
  • $CaCO_3$ - uhličitan vápenatý
  • na speciální skla se používají také specifické sloučeniny
    • $MgO$ - oxid hořečnatý
    • $BaO$ - oxid barnatý
    • $ZnO$ - oxid zinečnatý
    • $PbO$ - oxid olovnatý
    • $B_2O_3$ - oxid boritý
• při výrobě skla se nejprve promísí sklářský písek s uhličitanem vápenatým a uhličitanem sodným
  • promísení musí být dokonalé
  • vzniklá směs se nazývá sklářský kmen
• sklářský kmen se roztaví při teplotě mezi 1400 - 1500°C
  • roztavená směs obsahuje bublinky plynu
    • směs se zahřeje na vyšší teplotu pro nižší viskozitu a přidají se čeřící látky
      • $As_2O_3$ - oxid arsenitý
      • $NH_4NO_3$ - dusičnan amonný
    • po odstranění bublinek se směs ochladí na pracovní teplotu
• ochlazená směs se může zpracovávat do skleněných výrobku
• hotové skleněné výrobky musí být pomalu ochlazovány

Druhy skla

• vlastnosti skla lze měnit změnou složení sklářského kmene
• tepelná odolnost skla se zvyšuje nahrazením sodných sloučenin za draselné
• index lomu se dá zvýšit nahrazením vápenatých sloučenin olovnatými
  • výslednému sklu říkáme flintové
  • používá se na výrobu čoček a hranolů optických přístrojů
• nízký koeficient tepelné roztažnosti lze zajistit přidáním čistějšího sklářského písku nebo přímo surového křemene
  • vyslednému sklu říkáme křemenné
  • používá se v laboratořích
  • odolává tepelným šokům a chmikáliím a propouští UV záření
• vodní sklo
  • je to výrobek sloužící k impregnaci různých materiálů
  • vyrábí se tavením sklářského písku s uhličitanem draselným nebo sodným
    • vznikají odpovídající uhličitany