
硅(Si),化学符号为Si,是元素周期表上的第14个元素,属于IVA族的类金属元素。硅有两种同素异形体:无定形硅和晶体硅。晶体硅具有面心立方晶胞结构,原子间的键角为109.5°,原子体积约为110pm³。硅在太阳中的含量约为900ppm,地壳中的含量约为277100ppm,而海水中的含量则非常低,太平洋表面仅为0.03ppm。
硅的氧化态主要有+2和+4,化学键能如下:
- Si-H键能为326kJ/mol
- Si-C键能为301kJ/mol
- Si-O键能为486kJ/mol
- Si-F键能为582kJ/mol
- Si-Cl键能为391kJ/mol
- Si-Si键能为226kJ/mol
晶体硅为钢灰色,无定形硅为黑色,密度约为2.4g/cm³,熔点1420℃,沸点2355℃。硅具有半导体性质,硬而有光泽。其化学性质比较活泼,在高温下能与氧气、碳、氮等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液。硅用于制造合金如硅铁、硅钢等,同时也是重要的半导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。
硅在自然界中分布极广,主要以二氧化硅(硅石)和硅酸盐的形式存在。工业上,通常是通过碳还原二氧化硅来制得硅。已发现的硅同位素共有12种,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。
有机硅化合物是指含有Si-O键,且至少有一个有机基与硅原子相连的化合物。有机硅材料具有独特的结构特点,如低表面张力、低粘温系数、高压缩性和高气体渗透性等。它们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。有机硅材料的形态包括硅烷偶联剂、硅油、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂和复合物等。
硅的发现历程中,1822年瑞典化学家贝采里乌斯通过金属钾还原四氟化硅得到了单质硅。硅的名称源自英文silica,意为“硅石”。在地壳中,硅的含量仅次于氧,是组成岩石矿物的一个基本元素。