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            硅guī(臺灣、香港稱矽xī)是一種化學元素,它的化學符號是Si,舊稱矽。原子序數14,相對原子質量28.09,有無定形和晶體兩種同素異形體,同素異形體有無定形硅和結晶硅。屬于元素周期表上IVA族的類金屬元素。
            晶體結構:晶胞為面心立方晶胞。
            莫氏硬度:6.5

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            晶體硅為鋼灰色,無定形硅為黑色,密度2.4g/cm3,熔點1420℃,沸點2355℃,晶體硅屬于原子晶體,硬而有光澤,有半導體性質。硅的化學性質比較活潑,在高溫下能與氣等多種元素化合,不溶于水、硝酸和鹽酸,溶于酸和堿液,用于造制合金如硅鐵、硅鋼等,單晶硅是一種重要的半導體材料,用于制造大功率晶體管、整流器、太陽能電池等。硅在自然界分布極廣,地殼中約含27.6%,主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在

            結晶型的硅是暗黑藍色的,很脆,是典型的半導體?;瘜W性質非常穩定。在常溫下,除氟化氫以外,很難與其他物質發生反應。

            硅的用途:

            ①高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半導體;摻入微量的第VA族元素,形成n型和p型半導體結合在一起,就可做成太陽能電池,將輻射能轉變為電能。在開發能源方面是一種很有前途的材料。另外廣泛應用的二極管、三極管、晶閘管和各種集成電路(包括我們計算機內的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。

            ②金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結,制成金屬陶瓷復合材料,它耐高溫,富韌性,可以切割,既繼承了金屬和陶瓷的各自的優點,又彌補了兩者的先天缺陷。 可應用于軍事武器的制造第一架航天飛機“哥倫比亞號”能抵擋住高速穿行稠密大氣時磨擦產生的高溫,全靠它那三萬一千塊硅瓦拼砌成的外殼。

            ③光導纖維通信,最新的現代通信手段。用純二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纖維,激光在玻璃纖維的通路里,無數次的全反射向前傳輸,代替了笨重的電纜。光纖通信容量高,一根頭發絲那么細的玻璃纖維,可以同時傳輸256路電話,它還不受電、磁干擾,不怕竊聽,具有高度的保密性。光纖通信將會使 21世紀人類的生活發生革命性巨變。

            ④性能優異的硅有機化合物。例如有機硅塑料是極好的防水涂布材料。在地下鐵道四壁噴涂有機硅,可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表,涂一層薄薄的有機硅塑料,可以防止青苔滋生,抵擋風吹雨淋和風化。天安門廣場上的人民英雄紀念碑,便是經過有機硅塑料處理表面的,因此永遠潔白、清新。
            有機硅化合物,是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物,習慣上也常把那些通過氧、、等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中,以硅氧鍵(-Si-0-Si-)為骨架組成的聚硅氧烷,是有機硅化合物中為數最多,研究最深、應用最廣的一類,約占總用量的90%以上。
            有機硅材料具有獨特的結構:
            (1) Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來;
            (2) C-H無極性,使分子間相互作用力十分微弱;
            (3) Si-O鍵長較長,Si-O-Si鍵鍵角大。
            (4) Si-O鍵是具有50%離子鍵特征的共價鍵(共價鍵具有方向性,離子鍵無方向性)。
            由于有機硅獨特的結構,兼備了無機材料與有機材料的性能,具有表面張力低、粘溫系數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質,并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性,廣泛應用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業,其中有機硅主要應用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機硅數量和品種的持續增長,應用領域不斷拓寬,形成化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系,許多品種是其他化學品無法替代而又必不可少的。
            有機硅材料按其形態的不同,可分為:硅烷偶聯劑(有機硅化學試劑)、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性劑)、高溫硫化硅橡膠、液體硅橡膠、硅樹脂、復合物等。


            發現

            1822年,瑞典化學家貝采里烏斯用金屬還原四氟化硅,得到了單質硅。

            名稱由來

            源自英文silica,意為“硅石”。

            分布

            硅主要以化合物的形式,作為僅次于氧的最豐富的元素存在于地殼中,約占地表巖石的四分之一,廣泛存在于硅酸鹽和硅石中。

            制備

            工業上,通常是在電爐中由還原二氧化硅而制得。

            化學反應方程式:

            SiO2 + 2C → Si + 2CO

            這樣制得的硅純度為97~98%,叫做金屬硅。再將它融化后重結晶,用酸除去雜質,得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。如要將它做成半導體用硅,還要將其轉化成易于提純的液體或氣體形式,再經蒸餾、分解過程得到多晶硅。如需得到高純度的硅,則需要進行進一步的提純處理。

            同位素

            已發現的硅的同位素共有12種,包括硅25至硅36,其中只有硅28,硅29,硅30是穩定的,其他同位素都帶有放射性。

            用途

            硅是一種半導體材料,可用于制作半導體器件和集成電路。還可以合金的形式使用(如硅鐵合金),用于汽車和機械配件。也與陶瓷材料一起用于金屬陶瓷中。還可用于制造玻璃、混凝土、磚、耐火材料、硅氧烷、硅烷。

            元素周期表

            總體特性

            名稱 符號 序號系列 族 周期元素分區密度 硬度 顏色和外表 地殼含量
            硅 Si 14 類金屬 14族(IVA)3 p 2330kg/m36.5 深灰色、帶藍色調 25.7%

            原子屬性

            原子量 原子半徑 共價半徑 范德華半徑 價電子排布 電子在每能級的排布 氧化價(氧化物)晶體結構

            28.0855u (計算值)110(111)pm 111pm 210pm [Ne]3s23p2 2,8,4 4(兩性的) 面心立方

            物理屬性

            物質狀態 熔點 沸點 摩爾體積 汽化熱 熔化熱 蒸氣壓 聲速

            固態 1687 K(1414 °C)3173 K(2900 °C) 12.06×10-6m3/mol384.22 kJ/mol 50.55 kJ/mol 4.77 帕(1683K) 無數據

            其他性質

            電負性 比熱 電導率 熱導率 第一電離能 第二電離能 第三電離能 第四電離能
            1.90(鮑林標度) 700 J/(kg·K) 2.52×10-4 /(米歐姆) 148 W/(m·K) 786.5 kJ/mol 1577.1 kJ/mol 3231.6 kJ/mol 4355.5kJ/mol

            第五電離能 第六電離能 第七電離能 第八電離能 第九電離能 第十電離能
            16091 kJ/mol 19805 kJ/mol 23780 kJ/mol29287 kJ/mol 33878 kJ/mol38726 kJ/mol

            最穩定的同位素

            同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量(MeV)衰變產物
            28Si 92.23% 穩定
            29Si 4.67% 穩定
            30Si 3.10% 穩定
            32Si 人造 276年 β衰變 0.224 32P





            29Si

            核自旋 1/2

            元素名稱:硅

            元素原子量:28.09

            元素類型:非金屬

            發現人:貝采利烏斯 發現年代:1823年

            發現過程:

            1823年,瑞典的貝采利烏斯,用氟化硅或氟硅酸鉀與鉀共熱,得到粉狀硅。

            元素描述:

            由無定型和晶體兩種同素異形體。具有明顯的金屬光澤,呈灰色,密度2.32-2.34克/厘米3,熔點1410℃,沸點2355℃,具有金剛石的晶體結構,電離能8.151電子伏特。加熱下能同單質的鹵素、氮、碳等非金屬作用,也能同某些金屬如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般無機酸中,可溶于堿溶液中,并有氫氣放出,形成相應的堿金屬硅酸鹽溶液,于赤熱溫度下,與水蒸氣能發生作用。硅在自然界分布很廣,在地殼中的原子百分含量為16.7%。是組成巖石礦物的一個基本元素,以石英砂和硅酸鹽出現。

            元素來源:

            還原二氧化硅可得無定形硅。用碳在電爐中還原二氧化硅可得晶體硅。電子工業中用的高純硅則是用氫氣還原三氫硅或四氯化硅而制得。

            元素用途:

            用于制造高硅鑄鐵、硅鋼等合金,有機硅化合物和四氯化硅等,是一種重要的半導體材料,摻有微量雜質得硅單晶可用來制造大功率的晶體管,整流器和太陽能電池等。

            元素輔助資料:

            硅在地殼中的含量是除氧外最多的元素。如果說碳是組成一切有機生命的基礎,那么硅對于地殼來說,占有同樣的位置,因為地殼的主要部分都是由含硅的巖石層構成的。這些巖石幾乎全部是由硅石和各種硅酸鹽組成。

            長石、云母、黏土、橄欖石、角閃石等等都是硅酸鹽類;水晶、瑪瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是,硅與氧、碳不同,在自然界中沒有單質狀態存在。這就注定它的發現比碳和氧晚。

            拉瓦曾把硅土當成不可分割的物質——元素。

            1823年,貝齊里烏斯將氟硅酸鉀(K2SiF6)與過量金屬鉀共熱制得無定形硅。盡管之前也有不少科學家也制得過無定形硅,但直到貝齊里烏斯將制得的硅在氧氣中燃燒,生成二氧化硅——硅土,硅才被確定為一種元素。硅被命名為silicium,元素符號是Si。

            硅是一種半導體材料,可用于制作半導體器件和集成電路。還可以合金的形式使用(如硅鐵合金),用于汽車和機械配件。也與陶瓷材料一起用于金屬陶瓷中。還可用于制造玻璃、混凝土、磚、耐火材料、硅氧烷、硅烷。

            造房子用的磚、瓦、砂石、水泥、玻璃,吃飯,喝水用的瓷碗、水杯,洗臉間的潔具,它們看上去截然不同,其實主要成分都是硅的化合物。雖然人們早在遠古時代便使用硅的化合物粘土制造陶器。但直到1823年,瑞典化學家貝采利烏斯才首次分離出硅元素,并將硅在氧氣中燃燒生成二氧化硅,確定硅為一種元素。中國曾稱它為矽,因矽和錫同音,難于分辨,故于1953年將矽改稱為硅。硅是一種非金屬元素,化學符號是Si。它是構成礦物與巖石的主要元素。在自然界硅無游離狀態,都存在于化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅(硅石)和硅酸鹽。例如,花崗巖是由石英、長石、云母混合組成的,石英即是二氧化硅的一種形式,長石和云母是硅酸鹽。砂子和砂巖是不純硅石的變體,是天然硅酸鹽巖石風化后的產物。硅約占地殼總重量的27.72%,其豐度僅次于氧。

            硅是非金屬元素,有無定形和晶體兩種同素異形體,晶體硅具有金屬光澤和某些金屬特性,因此常被稱為準金屬元素。硅是一種重要的半導體材料,摻微量雜質的硅單晶可用來制造大功率晶體管、整流器和太陽能電池等。二氧化硅(硅石)是最普遍的化合物,在自然界中分布極廣,構成各種礦物和巖石。最重要的晶體硅石是石英。大而透明的石英晶體叫水晶,黑色幾乎不透明的石英晶體叫墨晶。石英的硬度為7。石英玻璃能透過紫外線,可以用來制造蒸氣紫外光燈和光學儀器。自然界中還有無定形的硅,叫做硅藻土,常用作甘油炸藥(硝化甘油)的吸附體,也可作絕熱、隔音材料。普通的砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。硅酸干燥脫水后的產物為硅膠,它有很強的吸附能力,能吸收各種氣體,因此常用來作吸附劑、干燥劑和部分催化劑的載體
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