硅的性质及其作用马锐 5071109033 F0511002摘要：介绍了硅的很多物理和化学性质，还有当前硅的一些主要应用方面和硅在当今社会发展中的作用关键词：硅，晶体，化合物，反应正文：1823年，瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原四氟化硅，得到了一种单质一一硅 因为这种单质才让我们的生活发生了翻天覆地的变化硅，元素符号Si，源自英文silica，原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶 体两种同素异形体，主要以化合物（二氧化硅和硅酸盐） 的形式存在，硅约占地壳总重量的27.72 %，其丰度仅次于氧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，其中 28Si 92.23 % , 29Si 4.67 % , 30Si 3.1 % 以下是硅的一些性质原子半径（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］3s 23p 2，电子在每能级的排布 2 , 8 , 4 ,氧化价（氧化物）：4 （两性）， 晶体结构：面心立方电负性：1.90 （鲍林标度），比热：700 J/（kg K）,电导率：2.52 X10-4 /（米欧姆），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 。
核磁公振特性：核自旋为 1/2密度：2330 kg/m 3，硬度：6.5颜色： 深灰色、带蓝色调，熔点 ：1687 K （ 1414 °C）,沸点：3173 K （2900 °C）,摩尔体 积：12.06 X10-6m3/mol ，汽化热 ：384.22 kJ/mol ，熔化热 ：50.55 kJ/mol , 蒸气 压：4.77 帕（1683K ）硅在常温下不活泼，其主要的化学性质如下：(1) 与非金属作用常温下Si只能与F2反应，在F2中瞬间燃烧，生成 SiF4.Si+F 2 === SiF 4加热时，能与其它卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成 SiO2：Si+2X 2=== SiX 4 (X=CI,Br,l)Si+O 2 ===SiO 2 (SiO2 的微观结构)在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅 SiC、氮化硅Si3N4和硫化硅SiS2等.Si+C=== SiC3Si+2N 2 === Si 3N4Si+2S ===SiS 2(2) 与酸作用Si在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸及其混合酸反应，生成 SiF4或H2SiF6：Si+4HF ===SiF 4 f+2H 2 f3Si+4HNO 3+18HF === 3H 2SiF6 +4NO f+8H 2O(3) 与碱作用无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气：Si+2NaOH+H 2O === Na 2SiO 3+2H 2 f(4) 与金属作用硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合，生成相应的金属硅化物。
硅的作用及用途自然界中的无定形的硅，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、隔音材料但更普遍使用的是单晶硅和硅的化合物① 硅是比锗更经得起当今器件工艺发展考验的半导体材料 在1966年已经生产40000千克半导体级硅（单晶超纯硅杂质含量小于 1 /109），从而制造出40亿个元件，由硅晶体管和 其他元件可组成集成电路，集成度越来越高， 规模越来越大，而元件则愈做愈小 如一个直径为75毫米的硅片，可集成几万至几十万甚至几百万个元件，因而出现了微型计算机、微处理机等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磨擦 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，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⑤ 天然橡胶和合成橡胶的使用温度，一一般都在 150 C以下，否则就会老化变质 20世纪40年代发展起来的硅橡胶，是以硅一氧一硅为主链的半无机高分子弹性体，兼有无机材 料和有机材料的某些特点， 使用温度范围广硅橡胶还具有优异的耐臭氧、 生理惰性和电气性能某些特殊结构的硅橡胶，更具有优良的耐油、耐溶剂、耐辐射等特性，因此，硅橡胶 广泛用于航空、字宙航行技术、电气及电子工业部门另外，硅是同位素电池中换能器的主要材料；也是一种便宜而轻巧的太阳能电池材料还是制航天飞机用的耐热而极轻的硅瓦的材料。
由于硅是微电子技术的关键材料，所以有人称现在为“以硅片为代表的电子材料时代” 当然硅的作用还远不止这些，它更多的作用还有待开发硅为什么有以上这些性质呢？这很大程度上决定于硅的物理以及化学性质硅的化学性质不活泼,那是因为硅的结构为原子半径为110(111)pm，相对比较大，电负性为 1.90，相对偏小，第一电离能为 786.5 kJ/mol ，相对 偏大，所以它得失电子的能力都不强，才使得它的化学性质不活泼硅是良好的半导体材料根据金属能带理论解释如下：硅的能带结构如图，满带被电子充满，导带是空的，但这种能带结构中，禁带宽度很窄( EgW3eV )在一般情况下，完整的硅晶体，一般是不导电的，因为满带上的电子不能进入导带但当光照在外电场 作用下，由于 Eg很小，使满带上的电子，很容易跃迁到导带上去，使原来空的导带填充部 分电子，同时在满带上留下空位，因此使导带与原来的满带均未充满电子，故能导电结构决定性质，而不一样的性质又会有不一样的作用， 要合理的运用一种物质， 就要从 它的性质去进一步探索。