硅
銅臭 / 2022-07-28
一、硅的制備和性質(zhì)
正如碳是粗成-切有機生命的基本元素一 樣，硅是構(gòu)成礦物與巖石的主要元素。它在自然界中無自由狀態(tài)，皆存在于化合物中，而這些化合物幾乎至部是稱為硅石的二氧化硅SiO?和從其所 銜生的硅酸鹽。石英是:二氧化硅的一種形式， 常與其他粗分混合一同存在于花剛石和其他普通巖石內(nèi)。經(jīng)風(fēng)化作用，石英分解為小粒、小塊流入江河海洋，叉沖回陸地而成為沙?；▌偸钠渌麅蓚€粗分是長石和云母，二者皆是硅酸鹽。硅約占地殼重量(包括大氣和海洋)的四分之一，氧占其二分之一;因此，硅在地球上人類可及的部分所占分量等于除氧而外所有其他元素的總量。硅在有機界中雖居次要地位，但一切植物皆含有少量的二氧化硅，禾本植物的桿含量尤多。在動物的機體內(nèi)，SiO?特別存在于秸締組織內(nèi)。
1.制備
因制備的情況不同，所得單體的硅可以是無定形的，也可以是秸晶形的。比較純凈的晶態(tài)硅是用鋁熱法還原氟硅酸鉀K?SiF?而制得:
3K?SiF?+4Al=3Si+2K[AIF?]+2K?[AlF?]
在工業(yè)上晶態(tài)硅是用碳在電爐內(nèi)還原硅石來制備的:
SiO?+2C=Si+2CO
無定形硅是用細(xì)白砂子與鎂煅燒而制得:
SiO?+2Mg=2MgO+Si
用這方法所制得的硅，它的化學(xué)活潑性要比前兩法所制得的高得多。但所謂無定形的硅還是有秸晶秸構(gòu)，并且與晶態(tài)硅的結(jié)構(gòu)一樣，只是晶粒很小，有時所含的雜質(zhì)不同。
2.性質(zhì)
純硅是深灰色不透明而有光澤的等軸八面晶體。它有如石墨的導(dǎo)電性，其他性質(zhì)見表14-1。在常溫時，它的比熱是0.171。此值葉算的原子熱為4.80,遠(yuǎn)低于杜隆-普蒂定律所要求的。溫度升高，比熱值也增高，原子熱才與定律所要求的接近。
粗粒結(jié)晶的硅不活潑，幾不溶于所有的酸，包括氧氟酸在內(nèi)。平常很難燃燒，但在白熱溫度時，它不僅與氧而且也與氮化合，在電爐內(nèi)，也與氫化合(見表14-3)。加熱即與大多數(shù)的金屬熔為合金。粗?；蚣?xì)粒的硅皆與燒堿反應(yīng)而形成硅酸鹽:
Si+2NaOH+H?O=Na?SiO?+2H?
硅主要應(yīng)用于鐧鐵的制造，它使碳在鐵內(nèi)的溶解度降低，也用為去氧劑以還原在冶煉過程所形成的氧化鐵。硅與鐵的合金稱為硅鐦，有突出的耐酸性能，故有廣泛的用途。玻璃、水泥、陶瓷等的制造皆屬硅酸鹽化學(xué)工業(yè)。硅的有機化合物，如硅酸和多硅酸酯以及硅樹脂等的工業(yè)用途也日盆增多。超純硅是一種良好的半導(dǎo)體材料。
二、硅的化合物
硅和碳，與其他元素化合時主要表現(xiàn)為四價，但所形成化合物的穩(wěn)定度和性質(zhì)常有很大差別，如碳鏈穩(wěn)定而硅鏈則不易形成。這兩個元素的各種鍵能的不同可以說明一部分的原因。由表14-8內(nèi)的數(shù)據(jù)可見，碳與碳相結(jié)合的單鍵比硅與硅秸合的單鍵要穩(wěn)定得多。比較碳或硅自相結(jié)合的鍵能和它們與共他元素秸合的鍵能也可看出，碳與碳的鍵比碳與其他元素(氟，氫除外)的鍵較為穩(wěn)定或有大致相同的穩(wěn)定性,而砸與硅的鍵比硅與其他元素的鍵，穩(wěn)定性皆較小，因此，硅原子與共他元來的原子化合的趨勢就大于自相化合的趨勢，故當(dāng)有其他元素存在時，硅鏈很易破裂。表內(nèi)數(shù)據(jù)也表明碳-氧鍵的穩(wěn)定性僅次于碳-氟鍵，因此，在碳鏈的化合物內(nèi)碳-氨鍵為最普遍。硅與其他元素的鍵，除硅紙外，以硅氧鍵為最牢固，故在硅的化合物中，這種鍵為最普遍。
表14-8 碳鍵和硅鍵是鍵能
| 鍵 |
鍵能，千卡/克分子 |
|
M=C |
M=Si |
差數(shù)（C-Si） |
| M-M |
58.6 |
42.5 |
16.1 |
| M-H |
87.3 |
75.1 |
12.2 |
| M-F |
107.0 |
143.0 |
-36.0 |
| M-Cl |
66.5 |
85.8 |
-19.3 |
| M-Br |
54.0 |
69.3 |
-15.3 |
| M-I |
45.5 |
51.1 |
-5.6 |
| M-O |
70.0 |
89.3 |
-19.3 |
| M-S |
54.5 |
60.9 |
-6.4 |
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