第一节 碳族元素
碳族元素位于周期表的第ⅣA族，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）和铅（Pb）。这些元素的最外电子层都有4个电子。随着核电荷数的增加，从上到下，元素原子的半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。碳族元素的化合价主要有+4和+2，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。
第二节 硅及其化合物
硅是自然界中分布很广的一种元素，在地壳中，它的含量仅次于氧，居第二位。在自然界中，没有游离态的硅，只有以化合态存在的硅，如二氧化硅、硅酸盐等。这些化合态的硅广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里，是构成矿物和岩石的主要成分。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，它的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度也很大。晶体硅还有一个重要的性质，就是它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅作为碳的同族元素，它的化学性质跟碳相似。在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应。例如，加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量的热。
二氧化硅是硅的氧化物，它广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。二氧化硅的化学性质不活泼，不与水反应，也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或强碱反应生成盐。例如，SiO2＋CaO＝CaSiO3，SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O。二氧化硅是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸（H2SiO3）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取。硅酸不溶于水，是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱。
硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5％。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。例如，硅酸钠（Na2SiO3, Na2O·SiO2）、高岭石（Al2(Si2O5)(OH)4, Al2O3·2SiO2·2H2O）。硅酸钠是一种最常见的硅酸盐，它的水溶液俗称水玻璃。水玻璃是无色粘稠的液体，是一种矿物胶，可用作建筑上的粘合剂。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作防腐剂，木材、纺织品等浸过水玻璃后，不但能防腐而且不易着火。粘土的主要成分是硅酸盐。粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土。粘土是制造陶瓷器的主要原料。
第三节 硅酸盐工业简介
在我们的日常生活中，经常接触到一些硅酸盐材料，如使用的碗碟、居住的房屋等。硅酸盐材料是以含硅物质为原料经加热制成的。这一制造工业叫做硅酸盐工业，如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业。
1. 水泥
水泥是非常重要的建筑材料，高楼大厦和各种建筑工程都离不开它。水泥具有水硬性，跟水掺和搅拌后很容易凝固变硬，由于水泥具有这一优良特性，因此被用作建筑材料。又由于它在水中也能硬化，因此也是水下工程必不可少的材料。以粘土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研成细粉就得到普通水泥。普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等。水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆，是建筑用粘合剂，可把砖、石等粘结起来。水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。混凝土常用钢筋做结构，这就是我们常说的钢筋混凝土结构。钢筋混凝土的强度大，常用来建造高楼大厦、桥梁等高大的建筑。
2. 玻璃
玻璃是我们每天都可以见到的一种硅酸盐制品。窗玻璃就是最常见的玻璃，这种玻璃被称为普通玻璃。制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。生产时，把原料粉碎，按适当的比率混合后，放入玻璃窑中加强热。原料熔融后发生了较复杂的物理变化和化学变化，其中的主要反应是：Na2CO3＋SiO2＝Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2＝CaSiO3＋CO2↑。在制造玻璃的过程中，如果加入某些金属氧化物，还可以制成有色玻璃。例如，加入Co2O3（氧化钴）后的玻璃呈蓝色，加入Cu2O后的玻璃呈红色。我们看到的普通玻璃，一般都呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。
3. 陶瓷
陶瓷在我国有悠久的历史。在新石器时代，我们的祖先就能制造陶器，到唐宋时期，制造水平已经很高。唐朝的“三彩”、宋朝的“钧瓷”闻名于世，流传至今。作为陶瓷的故乡，我国陶都宜兴的陶器和瓷都景德镇的瓷器，在世界上都享有盛誉。制造陶瓷器的主要原料是粘土，制造陶瓷器的一般过程如下图所示。陶瓷的种类很多，根据原料、烧制温度等的不同，主要分为土器、陶器、瓷器、炻器等。例如，常见的砖、瓦属于土器，它是用含杂质的粘土在适当温度下烧制而成的；制瓷器的要求比较高，需要纯净的粘土作原料，烧制温度也相对高些，所以瓷器比陶器瓷体白净、质地致密。一般烧制的陶瓷制品，表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。为了弥补这一缺陷，常在烧制前在坯体表面涂一层釉，使成品光滑、不渗水。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。从地下挖掘出的古代陶瓷器，历经数年仍保持其本色，不但成为人们欣赏的艺术珍品，对后人研究历史也有很大帮助。如今，陶瓷仍广泛应用于生活和生产中，如日常生活中的部分餐具，建筑中的砖、瓦，电器中的绝缘瓷，化学实验室中的坩埚、蒸发皿等，都是陶瓷制品。
