科名片
硅guī(台湾、香港称矽xī)是一种化学元素,它的化学符号是Si,旧称矽。原子序数14,相对原子质量28.09,有无定形硅和晶体硅两种同素异形体,属于元素周期表上IVA族的类金属元素。硅也是极为常见的一种元素,然而它极少以单质的形式在自然界出现,而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中,它是第二丰富的元素,构成地壳总质量的25.7%,仅次于第一位的氧(49.4%)。
[编辑本段]硅的部分化合物
二氧化硅、硅胶、硅酸盐、硅酸、原硅酸、硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、 另参考:气相二氧化硅(俗称气相白碳黑)为人工合成物无定形白色流动性粉末,具有各种比表面积和容积严格的粒度分布。本产品是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无嗅,无污染的非金属氧化物。其原生粒径介于7~80nm之间,比表面积一般大于100㎡/g。由于其纳米效应,在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性质,因而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。
[编辑本段]晶体硅
硅(矽) 晶体硅为灰黑色,无定形硅为黑色,密度2.32-2.34克/立方厘米,熔点1410℃,沸点2355℃,晶体硅属于原子晶体,硬而有金属光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液,用于制造合金如硅铁、硅钢等,单晶硅是一种重要的半导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广,地壳中约含27.6%,含量仅次于氧,居第二位。 结晶型的硅是暗黑蓝色的,很脆,是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下,除氟化氢以外,很难与其他物质发生反应[2]。 化学反应方程式: SiO2 + 2C =高温= Si + 2CO ↑
[编辑本段]原子硅
硅原子位于元素周期表第IV主族,它的原子序数为Z=14,核外有14个电子。电子在原子核外,按能级由低硅原子到高,由里到外,层层环绕,这称为电子的壳层结构。硅原子的核外电子第一层有2个电子,第二层有8个电子,达到稳定态。最外层有4个电子即为价电子,它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。 正因为硅原子有如此结构,所以有其一些特殊的性质:最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构,这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合,由于共价键比较结实,硅具有较高的熔点和密度;化学性质比较稳定,常温下很难与其他物质(除氟化氢和碱液以外)发生反应;硅晶体中没有明显的自由电子,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质[3]。
[编辑本段]元素硅
元素描述:
元素性质数据 由无定型和晶体两种同素异形体。具有明显的金属光泽,呈灰色,密度2.32-2.34克/厘米3,熔点1410℃,沸点2355℃,具有金刚石的晶体结构,电离能8.151电子伏特。加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用,也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中,可溶于碱溶液中,并有氢气放出,形成相应的碱金属硅酸盐溶液,于赤热温度下,与水蒸气能发生作用。硅在自然界分布很广,在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石矿物的一个基本元素,以石英砂和硅酸盐出现。
元素来源:
用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧化硅可得晶体硅。电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。
元素用途:
用于制造高硅铸铁、硅钢等合金,有机硅化合物和四氯化硅等,是一种重要的半导体材料,掺有微量杂质得硅单晶可用来制造大功率的晶体管,整流器和太阳能电池等。
元素辅助资料:
硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切有机生命的基础,那么硅对于地壳来说,占有同样的位置,因为地壳的主要部分都是由含硅的岩石层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。 长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类;水晶、玛瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是,硅与氧、碳不同,在自然界中没有单质状态存在。这就注定它的发现比碳和氧晚。 拉瓦锡曾把硅土当成不可分割的物质——元素。 1823年,贝齐里乌斯将氟硅酸钾(K2SiF6)与过量金属钾共热制得无定形硅。尽管之前也有不少科学家也制得过无定形硅,但直到贝齐里乌斯将制得的硅在氧气中燃烧,生成二氧化硅——硅土,硅才被确定为一种元素。硅被命名为silicium,元素符号是Si。
常用方程式
Si + 2OH- + H2O == SiO32- + 2H2↑ SiO2 + 2OH- == SiO32- + H2O SiO32- + 2NH4+ + H2O == H4SiO4↓ + 2NH3↑ SiO32- + CO2 + 2H2O == H4SiO4↓+ CO32- SiO32- + 2H+ == H2SiO3↓ SiO32- + 2H+ + H2O == H4SiO4↓ H4SiO4 == H2SiO3 + H2O 3SiO32- + 2Fe3+ == Fe2(SiO3)3↓ 3SiO32- + 2Al3+ == Al2(SiO3)3↓ Na2CO3 + SiO2 == Na2SiO3 + CO2 (条件:高温)
[编辑本段]总体特性
元素属性
名称:硅 符号:Si 序号:14 系列:类金属 族:14族 周期: 3 元素分区: p区 密度:2330 kg/m3 硬度:36.5 颜色和外表: 深灰色、带蓝色调 地壳含量: 25.7% [2] 弹性模量:19GPa(有些文献中为这个值) 采用纳米压入法测得单晶硅(100)的E为140~150GPa 来源文献:Nanoscale mechanical property measurements using modified atomic force microscopy
原子属性
原子量:28.0855u 原子半径:(计算值)110(111)pm 共价半径:111 pm 范德华半径:210 pm 价电子排布:[氖]3s2 3p2 电子在每个能级的排布:2,8,4 氧化性(氧化物):4(两性的) 晶体结构:面心立方[2]
物理属性
物质状态:固态 熔点:1687K(1414℃) 沸点:3173K(2900℃) 摩尔体积:12.06×10-6m3/mol 汽化热:384.22kJ/mol 熔化热:50.55kJ/mol 蒸气压:4.77Pa(1683K) [2]
化学性质
分类:纯净物—单质—非金属单质 (1)与单质反应: Si + O2 == SiO2,条件:加热 Si + 2F2 == SiF4 Si + 2Cl2 == SiCl4,条件:高温 (2)不与其它氧化物反应; (3)与氧化性酸反应: 只与氢氟酸反应 Si + 4HF == SiF4↑ + H2↑ (4)与碱反应:Si + 2OH- + H2O == SiO32- + 2H2↑(如NaOH)
其他性质
电负性:1.90(鲍林标度) 比热:700 J/(kg·K) 电导率:2.52×10 -4 /(m·Ω) 热导率:148 W/(m·K) 第一电离能 786.5 kJ/mol 第二电离能 1577.1 kJ/mol 第三电离能 3231.6 kJ/mol 第四电离能 4355.5 kJ/mol 第五电离能 16091 kJ/mol 第六电离能 19805 kJ/mol 第七电离能 23780 kJ/mol 第八电离能 29287 kJ/mol 第九电离能 33878 kJ/mol 第十电离能 38726 kJ/mol [2]
[编辑本段]硅的用途
①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型和p型半导体结合在一起,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。[2] ②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结,制成金属陶瓷复合材料,它耐高温,富韧性,可以切割,既继承了金属和陶瓷的各自的优点,又弥补了两者的先天缺陷。 可应用于军事武器的制造。第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温,全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。[2] ③光导纤维通信,最新的现代通信手段。用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里,发生无数次全反射而向前传输,代替了笨重的电缆。光纤通信容量高,一根头发丝那么细的玻璃纤维,可以同时传输256路电话;而且它还不受电、磁的干扰,不怕窃听,具有高度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。[2] ④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅,可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表,涂一层薄薄的有机硅塑料,可以防止青苔滋生,抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑,便是经过有机硅塑料处理表面的,因此永远洁白、清新。 有机硅化合物,是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物,习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中,以硅氧键(-Si-0-Si-)为骨架组成的聚硅氧烷,是有机硅化合物中为数最多,研究最深、应用最广的一类,约占总用量的90%以上。[2] ⑤有机硅材料具有独特的结构: (1) Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来; (2) C-H无极性,使分子间相互作用力十分微弱;用途 (3) Si-O键长较长,Si-O-Si键键角大。 (4) Si-O键是具有50%离子键特征的共价键(共价键具有方向性,离子键无方向性)。 由于有机硅独特的结构,兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长,应用领域不断拓宽,形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系,许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。 有机硅材料按其形态的不同,可分为:硅烷偶联剂(有机硅化学试剂)、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性剂)、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。 [2]
[编辑本段]与硅有关的病症
硅摄入量过低
饲料中缺少硅可使动物生长迟缓。动物试验结果显示,喂饲致动脉硬化饮料的同时补充硅,有利于保护动物的主动脉的结构。另外,已确定血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期发病率相差两部的人群中,其饮用水中硅的含量也相差约两倍,饮用硅含量高的水的人群患病较少。同时,其它已知的危险因素都不能充分解释这种不同。
高硅症
高硅饮食的人群中曾发现局灶性肾小球肾炎,肾组织中含硅量明显增高的个体。也有报道有人大量服用硅酸镁(含硅抗酸剂)可能诱发人类的尿路结石。
硅肺病
经呼吸道长期吸入大量含硅的粉尘,可引起矽肺。
晶体硅为灰黑色,无定形硅为黑色,密度2.32-2.34克/立方厘米,熔点1410℃,沸点2355℃,晶体硅属于原子晶体,硬而有金属光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液,用于制造合金如硅铁、硅钢等,单晶硅是一种重要的半导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广,地壳中约含27.6%,含量仅次于氧,居第二位
加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用,也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中,可溶于碱溶液中,并有氢气放出,形成相应的碱金属硅酸盐溶液,于赤热温度下,与水蒸气能发生作用。硅在自然界分布很广,在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石矿物的一个基本元素,以石英砂和硅酸盐出现
Si + 2OH- + H2O == SiO32- + 2H2↑
SiO2 + 2OH- == SiO32- + H2O
SiO32- + 2NH4+ + H2O == H4SiO4↓ + 2NH3↑
SiO32- + CO2 + 2H2O == H4SiO4↓+ CO32-
SiO32- + 2H+ == H2SiO3↓
SiO32- + 2H+ + H2O == H4SiO4↓
H4SiO4 == H2SiO3 + H2O
3SiO32- + 2Fe3+ == Fe2(SiO3)3↓
3SiO32- + 2Al3+ == Al2(SiO3)3↓
Na2CO3 + SiO2 == Na2SiO3 + CO2 (条件:高温)
因为硅是原子晶体,所以晶体是由共价键结合而成的,共价键的力量很大,很难破坏,所以很稳定
SiO2是原子晶体,SIO2的晶胞可以这样来看:类比离子晶体的堆积填隙模型,可以看作是SI原子做立方面心堆积,然后在立方的四条最长的对角线的1/4和3/4处,SI原子填四面体空隙,然后在SI-SI键中间插入一个氧原子.(实际很象立方金刚石),最小环为一椅式六元环够型的12元环
考试Si只考这个,放心啦