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【资料】元素周期表-硅

分析化学


  •   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。
      晶体结构:晶胞为面心立方晶胞。硅(矽)
      原子体积:(立方厘米/摩尔)
      12.1
      元素在太阳中的含量:(ppm)
      900
      元素在海水中的含量:(ppm)
      元素性质数据太平洋表面 0.03
      地壳中含量:(ppm)
      277100
      氧化态:
      Main Si+2, Si+4
      用途Other
      化学键能: (kJ /mol)
      Si-H 326
      Si-C 301
      Si-O 486
      Si-F 582
      Si-Cl 391
      Si-Si 226
      热导率: W/(m·K)
      149

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  • 工农兵

    第1楼2009/10/19

    晶胞参数:
      a = 543.09 pm
      b = 543.09 pm
      c = 543.09 pm
      α = 90°
      β = 90°
      γ = 90°
      莫氏硬度:6.5
      声音在其中的传播速率:(m/S)
      8433
      电离能 (kJ/ mol)
      M - M+ 786.5
      M+ - M2+ 1577.1
      M2+ - M3+ 3231.4
      M3+ - M4+ 4355.5
      M4+ - M5+ 16091
      M5+ - M6+ 19784
      M6+ - M7+ 23786
      M7+ - M8+ 29252
      M8+ - M9+ 33876
      M9+ - M10+ 38732


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  • 工农兵

    第2楼2009/10/19

    晶体硅[1]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。
      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。
      ③光导纤维通信,最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维,激光在玻璃纤维的通路里,无数次的全反射向前传输,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,它还不受电、磁干扰,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。
      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。

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  • 工农兵

    第3楼2009/10/19

    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;
      (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。

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  • 工农兵

    第4楼2009/10/19

    发现
      1822年,瑞典化学家贝采里乌斯用金属钾还原四氟化硅,得到了单质硅。
      名称由来
      源自英文silica,意为“硅石”。
      分布
      硅主要以化合物的形式,作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳中,约占地表岩石的四分之一,广泛存在于硅酸盐和硅石中。
      制备
      工业上,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。
      化学反应方程式:
      SiO2 + 2C = Si + 2CO↑(高温)
      这样制得的硅纯度为97~98%,叫做金属硅。再将它融化后重结晶,用酸除去杂质,得到纯度约为99.7~99.8%的金属硅。如要将它做成半导体用硅,还要将其转化成易于提纯的液体或气体形式,再经蒸馏、分解过程得到多晶硅。如需得到高纯度的硅,则需要进行进一步的提纯处理。
      同位素
      已发现的硅的同位素共有12种,包括硅25至硅36,其中只有硅28,硅29,硅30是稳定的,其他同位素都带有放射性。
      用途
      硅是一种半导体材料,可用于制作半导体器件和集成电路。还可以合金的形式使用(如硅铁合金),用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。
      元素周期表
      总体特性
      名称 符号 序号 系列 族 周期 元素分区 密度 硬度 颜色和外表 地壳含量
      硅 Si 14 类金属 14族(IVA) 3 p 2330千克/立方米 6.5 深灰色、带蓝色调 25.7%
      原子属性
      原子量 原子半径 共价半径 范德华半径 价电子排布 电子在每能级的排布 氧化价(氧化物) 晶体结构
      28.0855u (计算值)110(111)pm 111pm 210pm [Ne]3s23p2 2,8, 4 4(两性的) 金刚石晶格
      物理属性
      物质状态 熔点 沸点 摩尔体积 汽化热 熔化热 蒸气压 声速
      固态 1687 K(1414 °C) 3173 K(2900 °C) 12.06×10-6m3/mol 384.22 kJ/mol 50.55 kJ/mol 4.77 帕(1683K) 无数据
      其他性质
      电负性 比热 电导率 热导率 第一电离能 第二电离能 第三电离能 第四电离能
      1.90(鲍林标度) 700 J/(kg·K) 2.52×10-4 /(米欧姆) 148 W/(m·K) 786.5 kJ/mol 1577.1 kJ/mol 3231.6 kJ/mol 4355.5kJ/mol
      第五电离能 第六电离能 第七电离能 第八电离能 第九电离能 第十电离能
      16091 kJ/mol 1 9805 kJ/mol 23780 kJ/mol 29287 kJ/mol 3 3878 kJ/mol 38726 kJ/mol
      介电常数:11.9

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  • 工农兵

    第5楼2009/10/19

    最稳定的同位素
      同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量(MeV) 衰变产物
      28Si 92.23% 稳定
      29Si 4.67% 稳定
      30Si 3.10% 稳定
      32Si 人造 276年 β衰变 0.224 32P
      29Si
      核自旋 1/2
      元素名称:硅
      元素原子量:28.09
      元素类型:非金属
      发现人:贝采利乌斯 发现年代:1823年
      发现过程:
      1823年,瑞典的贝采利乌斯,用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热,得到粉状硅。
      元素描述:
      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。

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  • 工农兵

    第6楼2009/10/19

    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。
      硅是一种半导体材料,可用于制作半导体器件和集成电路。还可以合金的形式使用(如硅铁合金),用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。
      造房子用的砖、瓦、砂石、水泥、玻璃,吃饭,喝水用的瓷碗、水杯,洗脸间的洁具,它们看上去截然不同,其实主要成分都是硅的化合物。虽然人们早在远古时代便使用硅的化合物粘土制造陶器。但直到1823年,瑞典化学家贝采利乌斯才首次分离出硅元素,并将硅在氧气中燃烧生成二氧化硅,确定硅为一种元素。中国曾称它为矽,因矽和锡同音,难于分辨,故于1953年将矽改称为硅。硅是一种非金属元素,化学符号是Si。它是构成矿物与岩石的主要元素。在自然界硅无游离状态,都存在于化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅(硅石)和硅酸盐。例如,花岗岩是由石英、长石、云母混合组成的,石英即是二氧化硅的一种形式,长石和云母是硅酸盐。砂子和砂岩是不纯硅石的变体,是天然硅酸盐岩石风化后的产物。硅约占地壳总重量的27.72%,其丰度仅次于氧。
      硅是非金属元素,有无定形和晶体两种同素异形体,晶体硅具有金属光泽和某些金属特性,因此常被称为准金属元素。硅是一种重要的半导体材料,掺微量杂质的硅单晶可用来制造大功率晶体管、整流器和太阳能电池等。二氧化硅(硅石)是最普遍的化合物,在自然界中分布极广,构成各种矿物和岩石。最重要的晶体硅石是石英。大而透明的石英晶体叫水晶,黑色几乎不透明的石英晶体叫墨晶。石英的硬度为7。石英玻璃能透过紫外线,可以用来制造汞蒸气紫外光灯和光学仪器。自然界中还有无定形的硅,叫做硅藻土,常用作甘油炸药(硝化甘油)的吸附体,也可作绝热、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。硅酸干燥脱水后的产物为硅胶,它有很强的吸附能力,能吸收各种气体,因此常用来作吸附剂、干燥剂和部分催化剂的载体
      这就是硅。

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  • 工农兵

    第7楼2009/10/19

    缺乏症
      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,饮用水硅含量高的人群患病较少。并且他已知的危险因素都不能充分解释这种不同
      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↓

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  • 工农兵

    第8楼2009/10/19

    硅化物  silicide
      某些金属(如锂、钙、镁、铁等)和某些非金属(如硼等)与硅形成的二元化合物。一般是晶体,有金属光泽,硬而有高熔点。一种金属或非金属能生成多种硅化物。如铁能生FeSi、FeSi2、Fe2Si5、Fe3Si2、Fe5Si3等。可由金属(或非金属)氧化物或金属硅酸盐用硅在电炉中还原而得。

    硅化物陶瓷  silicide ceramics   硅和钼、钨、钽等难熔硅化物为主要成分的陶瓷。按结构特征可分为两类:一类是具有金属结构的相,硅原子置换金属原子时晶格类型不变。另一类是复杂结构的硅化物。一般硅与金属形成的化合物熔点低、硬度低,在高温下易发生蠕变。只有钼、钨、钽的硅化物熔点超过2000℃,并具有优良的高温抗氧化性能。可采用钼、钨、钽金属与硅直接化合法、上述金属氧化物的碳还原法、铝热还原法和气相沉积法等制取钼、钨、钽的硅化物粉末。然后按特种陶瓷工艺在氮气等保护气氛下烧结成陶瓷制品。主要用作高温电热元件、热交换器和某些高温零部件。

    金属硅化物  metallic silicides
      金属与硅生成的化合物。
      常分成两大类:(1)难熔金属硅化物,指周期表IVB、VB、VIB族元素的硅化物,如硅化钛、硅化锆、硅化钽、硅化钨等;(2)贵金属和近贵金属硅化物,如硅化钯、硅化铂、硅化钴等。其共同特点是:熔点高(大都在1500℃以上),最低共熔温度高(大都在1000℃以上)。电阻率低(约为10-7Ω·m),硬度高。
      多在超大规模集成电路中使用,如用作金属栅、肖特基接触、欧姆接触等。
      制备方法主要是用淀积金属与硅的混合物烧结而成。淀积法主要有:蒸发、溅射、电镀、化学气相淀积等。
      金属硅化物的特性是与酸反应生成硅烷。SiH4.


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  • 工农兵

    第9楼2009/10/19



    硅石硅石  quartz stone
      是脉石英、石英岩、石英砂岩的总称。
      主要用于冶金工业用的酸性耐火砖。纯硅石可作石英玻璃或提炼单晶硅。化学工业上用于制备硅化合物和硅酸盐,也可作硫酸塔的填充物。建材工业上用于玻璃、陶瓷、硅酸盐水泥等。
      制备或来源:有岩浆 热液形成的或沉积形成的。
      硅酸钠和二氧化硅是硅石化学加工得到的主要产品。硅酸钠是硅石化学加工产品中用途最广、用量最大的产品,除用于制造多种硅化合物外,还大量用作纸板、胶合板、部分金属材料及铸造工业的粘合剂,肥皂、洗涤剂的添加剂,纸张的性能改良剂,在纺织工业中作棉布煮炼和漂白助剂、织物的防火处理剂、染料的显色剂。此外,还用作水泥助凝剂、木材防腐剂及蛋类的保鲜剂等。硅酸钠经改性后还可作为内外墙涂料。硅酸铝可作玻璃、陶瓷的原料,也可作油漆颜料。硅酸锂可作防腐油漆、金属表面保护剂。
      主要分布在梁家寨乡,榆林坪乡、上社镇和西潘乡等地。石英砂岩分布在仙人乡庄只一带。无地质勘查资料,根据各矿点矿床出露长度和宽度,估算地质储量约5000万吨。根据各矿点拣块化验分析,含二氧化硅约在96—99%之间。该矿现有开采点十处。年矿石采出量约3万吨。硅石主要用于玻璃,陶瓷、冶炼、硅铁,工业硅、硅砖等。

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  • 工农兵

    第10楼2009/10/19

    硅石化学加工
      chemical processing of silica
      硅石大量用作建筑材料的原料,也是无机盐工业的重要原料。用化学方法可将硅石加工成一系列硅化合物。硅石一般指纯度较高的天然石英砂即二氧化硅,在自然界中分布广,储藏量大,很多国家都有大型优质矿,开采量大。
      加工方法 硅石经化学加工,除还原生产单质硅外,首先得到硅化合物的母体产品硅酸钠(俗称水玻璃),主要有碱法和硫酸钠法两种。
      碱法 硅石不溶于水和酸,但易与碱反应生成硅酸钠,所以碱法是硅石化学加工的主要方法。碱法又分为干法(纯碱法)和湿法(烧碱法)。
      ①干法(纯碱法) 将含二氧化硅99%以上的硅石粉碎到50~80目,与纯碱按一定比例配合,在1100~1350℃的高温下焙烧4~6h,生成熔融态物料,反应式为:
      xSiO2+nNa2CO3─→nNa2O·xSiO2+nCO2
      式中x和n的摩尔比称为硅酸钠的模数,工业用硅酸钠的模数一般为1.0~3.8。选择不同的配料比可得到不同模数的产品。在高温生产中碱易损失,故配碱量往往要稍高于模数要求的理论量。
      得到的熔融物料除含硅酸钠外,还含有未反应的硅石等水不溶物,用水溶解分离掉熔融体中不溶物,得到无色透明的粘稠液体即硅酸钠产品。
      干法易于制造高模数的硅酸钠产品,生产条件要求不太苛刻,易于工业生产。但能耗大,操作条件差。
      ②湿法(烧碱法) 将粉碎至120目以上的硅石粉(SiO2)含量高于99%),与烧碱按一定比例(由产品模数而定)配合,放入带搅拌的加压反应釜中,通蒸汽加热到175℃以上,压力控制在811kPa以上,反应4~6h,冷却后过滤,除去未反应的二氧化硅,即可得到液体硅酸钠产品,反应式为:
      xSiO2+2nNaOH─→nNa2O·xSiO2+nH2O
      湿法能耗低,操作环境较好,但不易得高模数产品。
      硫酸钠法 将含二氧化硅达98%的硅石粉碎到80目,与硫酸钠(其配比按产品的模数定)和煤粉按一定比例配合,在反射炉内反应。首先硫酸钠还原成硫化钠,后者与硅石反应得硅酸钠,同时放出二氧化硫。反应式为:
      Na2SO4+4C─→Na2S+4CO
      nNa2S+xSiO2+3/2nO2─→nNa2O·xSiO2+nSO2
      在反应中硫酸钠往往还原不完全,在高温下呈熔融态浮于硅酸钠熔体表面,称为硝水,硝水的腐蚀性极强,易腐蚀炉衬,同时遇水易爆炸。并且该反应中产生二氧化硫,污染环境,故工业上很少采用。

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