硅
铜臭 / 2022-07-28
一、硅的制备和性质
正如碳是粗成-切有机生命的基本元素一 样，硅是构成矿物与岩石的主要元素。它在自然界中无自由状态，皆存在于化合物中，而这些化合物几乎至部是称为硅石的二氧化硅SiO₂和从其所 衔生的硅酸盐。石英是:二氧化硅的一种形式， 常与其他粗分混合一同存在于花剛石和其他普通岩石内。經風化作用，石英分解为小粒、小块流入江河海洋，叉冲回陆地而成为沙。花刚石的其他两个粗分是长石和云母，二者皆是硅酸盐。硅約占地壳重量(包括大气和海洋)的四分之一，氧占其二分之一;因此，硅在地球上人类可及的部分所占分量等于除氧而外所有其他元素的总量。硅在有机界中虽居次要地位，但一切植物皆含有少量的二氧化硅，禾本植物的杆含量尤多。在动物的机体内，SiO₂特别存在于秸締組織内。
1.制备
因制备的情况不同，所得单体的硅可以是无定形的，也可以是秸晶形的。比較純净的晶态硅是用鋁热法还原氟硅酸鉀K₂SiF₆而制得:
3K₂SiF₆+4Al=3Si+2K[AIF₄]+2K₂[AlF₅]
在工业上晶态硅是用碳在电炉内还原硅石来制备的:
SiO₂+2C=Si+2CO
无定形硅是用細白砂子与鎂煅燒而制得:
SiO₂+2Mg=2MgO+Si
用这方法所制得的硅，它的化学活潑性要比前两法所制得的高得多。但所謂无定形的硅还是有秸晶秸构，并且与晶态硅的结构一样，只是晶粒很小，有时所含的杂质不同。
2.性质
纯硅是深灰色不透明而有光澤的等軸八面晶体。它有如石墨的导电性，其他性质見表14-1。在常温时，它的比热是0.171。此值叶算的原子热为4.80,远低于杜隆-普蒂定律所要求的。溫度升高，比热值也增高，原子热才与定律所要求的接近。
粗粒结晶的硅不活潑，几不溶于所有的酸，包括氧氟酸在内。平常很难燃燒，但在白热温度时，它不仅与氧而且也与氮化合，在电炉内，也与氢化合(见表14-3)。加热即与大多数的金屬熔为合金。粗粒或細粒的硅皆与燒碱反应而形成硅酸盐:
Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂
硅主要应用于鐧铁的制造，它使碳在铁内的溶解度降低，也用为去氧剂以还原在冶炼过程所形成的氧化铁。硅与铁的合金称为硅鐦，有突出的耐酸性能，故有广泛的用途。玻璃、水泥、陶瓷等的制造皆屬硅酸盐化学工业。硅的有机化合物，如硅酸和多硅酸酯以及硅树脂等的工业用途也日盆增多。超純硅是一种良好的半导体材料。
二、硅的化合物
硅和碳，与其他元素化合时主要表現为四价，但所形成化合物的稳定度和性质常有很大差别，如碳鏈稳定而硅鏈則不易形成。这两个元素的各种键能的不同可以說明一部分的原因。由表14-8内的数据可見，碳与碳相結合的单鍵比硅与硅秸合的单键要稳定得多。比較碳或硅自相结合的键能和它們与共他元素秸合的键能也可看出，碳与碳的键比碳与其他元素(氟，氢除外)的鍵較为稳定或有大致相同的稳定性,而砸与硅的键比硅与其他元素的键，稳定性皆較小，因此，硅原子与共他元来的原子化合的趋势就大于自相化合的趋势，故当有其他元素存在时，硅鏈很易破裂。表内数据也表明碳-氧键的稳定性仅次于碳-氟键，因此，在碳鏈的化合物内碳-氨键为最普遍。硅与其他元素的键，除硅纸外，以硅氧键为最牢固，故在硅的化合物中，这种键为最普遍。
表14-8 碳键和硅键是键能
| 键 |
键能，千卡/克分子 |
|
M=C |
M=Si |
差数（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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