硅材料的基本特性

【專家解說】：硅 結(jié)晶型的硅是暗黑藍(lán)色的，很脆，是典型的半導(dǎo)體。化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 硅的用途： ①高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導(dǎo)體；摻入微量的第VA族元素，形成n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就可做成太陽(yáng)能電池，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在開發(fā)能源方面是一種很有前途的材料。 ②金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結(jié)，制成金屬陶瓷復(fù)合材料，它耐高溫，富韌性，可以切割，既繼承了金屬和陶瓷的各自的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了兩者的先天缺陷。 可應(yīng)用于軍事武器的制造第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”能抵擋住高速穿行稠密大氣時(shí)磨擦產(chǎn)生的高溫，全靠它那三萬(wàn)一千塊硅瓦拼砌成的外殼。 ③光導(dǎo)纖維通信，最新的現(xiàn)代通信手段。用純二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纖維，激光在玻璃纖維的通路里，無(wú)數(shù)次的全反射向前傳輸，代替了笨重的電纜。光纖通信容量高，一根頭發(fā)絲那么細(xì)的玻璃纖維，可以同時(shí)傳輸256路電話，它還不受電、磁干擾，不怕竊聽，具有高度的保密性。光纖通信將會(huì)使 21世紀(jì)人類的生活發(fā)生革命性巨變。 ④性能優(yōu)異的硅有機(jī)化合物。例如有機(jī)硅塑料是極好的防水涂布材料。在地下鐵道四壁噴涂有機(jī)硅，可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表，涂一層薄薄的有機(jī)硅塑料，可以防止青苔滋生，抵擋風(fēng)吹雨淋和風(fēng)化。天安門廣場(chǎng)上的人民英雄紀(jì)念碑，便是經(jīng)過有機(jī)硅塑料處理表面的，因此永遠(yuǎn)潔白、清新。 發(fā)現(xiàn) 1822年，瑞典化學(xué)家白則里用金屬鉀還原四氟化硅，得到了單質(zhì)硅。 [編輯] 名稱由來(lái) 源自英文silica，意為“硅石”。 [編輯] 分布 硅主要以化合物的形式,作為僅次于氧的最豐富的元素存在于地殼中，約占地表巖石的四分之一，廣泛存在于硅酸鹽和硅石中。 [編輯] 制備 工業(yè)上，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅而制得。 化學(xué)反應(yīng)方程式： SiO2 + 2C → Si + 2CO 這樣制得的硅純度為97~98%，叫做金屬硅。再將它融化后重結(jié)晶，用酸除去雜質(zhì)，得到純度為99.7~99.8%的金屬硅。如要將它做成半導(dǎo)體用硅，還要將其轉(zhuǎn)化成易于提純的液體或氣體形式，再經(jīng)蒸餾、分解過程得到多晶硅。如需得到高純度的硅，則需要進(jìn)行進(jìn)一步的提純處理。 [編輯] 同位素 已發(fā)現(xiàn)的硅的同位素共有12種，包括硅25至硅36，其中只有硅28，硅29，硅30是穩(wěn)定的，其他同位素都帶有放射性。 [編輯] 用途 硅是一種半導(dǎo)體材料，可用于制作半導(dǎo)體器件和集成電路。還可以合金的形式使用(如硅鐵合金)，用于汽車和機(jī)械配件。也與陶瓷材料一起用于金屬陶瓷中。還可用于制造玻璃、混凝土、磚、耐火材料、硅氧烷、硅烷。 硅的特性 鋁 - 硅 - 磷 碳 硅 鍺 ? 元素周期表 總體特性 名稱, 符號(hào), 序號(hào) 硅、Si、14 系列 類金屬 族, 周期, 元素分區(qū) 14族(IVA), 3, p 密度、硬度 2330 kg/m3、6.5 顏色和外表 深灰色、帶藍(lán)色調(diào) 地殼含量 25.7% 原子屬性 原子量 28.0855 原子量單位 原子半徑（計(jì)算值） 110（111）pm 共價(jià)半徑 111 pm 范德華半徑 210 pm 價(jià)電子排布 [氖]3s23p2 電子在每能級(jí)的排布 2，8，4 氧化價(jià)（氧化物） 4（兩性的） 晶體結(jié)構(gòu) 面心立方 物理屬性 物質(zhì)狀態(tài) 固態(tài) 熔點(diǎn) 1687 K（1414 °C） 沸點(diǎn) 3173 K（2900 °C） 摩爾體積 12.06×10-6m3/mol 汽化熱 384.22 kJ/mol 熔化熱 50.55 kJ/mol 蒸氣壓 4.77 帕（1683K） 聲速 無(wú)數(shù)據(jù) 其他性質(zhì) 電負(fù)性 1.90（鮑林標(biāo)度） 比熱 700 J/(kg·K) 電導(dǎo)率 2.52×10-4 /(米歐姆) 熱導(dǎo)率 148 W/(m·K) 第一電離能 786.5 kJ/mol 第二電離能 1577.1 kJ/mol 第三電離能 3231.6 kJ/mol 第四電離能 4355.5 kJ/mol 第五電離能 16091 kJ/mol 第六電離能 19805 kJ/mol 第七電離能 23780 kJ/mol 第八電離能 29287 kJ/mol 第九電離能 33878 kJ/mol 第十電離能 38726 kJ/mol 最穩(wěn)定的同位素 同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量 MeV 衰變產(chǎn)物 28Si 92.23 % 穩(wěn)定 29Si 4.67 % 穩(wěn)定 30Si 3.1 % 穩(wěn)定 32Si 人造 276年 β衰變 0.224 32P 核磁公振特性 29Si 核自旋 1/2 元素名稱：硅 元素原子量：28.09 元素類型：非金屬 發(fā)現(xiàn)人：貝采利烏斯 發(fā)現(xiàn)年代：1823年 發(fā)現(xiàn)過程： 1823年，瑞典的貝采利烏斯，用氟化硅或氟硅酸鉀與鉀共熱，得到粉狀硅。 元素描述： 由無(wú)定型和晶體兩種同素異形體。具有明顯的金屬光澤，呈灰色，密度2.32-2.34克/厘米3，熔點(diǎn)1410℃，沸點(diǎn)2355℃，具有金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，電離能8.151電子伏特。加熱下能同單質(zhì)的鹵素、氮、碳等非金屬作用，也能同某些金屬如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般無(wú)機(jī)酸中，可溶于堿溶液中，并有氫氣放出，形成相應(yīng)的堿金屬硅酸鹽溶液，于赤熱溫度下，與水蒸氣能發(fā)生作用。硅在自然界分布很廣，在地殼中的原子百分含量為16.7%。是組成巖石礦物的一個(gè)基本元素，以石英砂和硅酸鹽出現(xiàn)。 元素來(lái)源： 用鎂還原二氧化硅可得無(wú)定形硅。用碳在電爐中還原二氧化硅可得晶體硅。電子工業(yè)中用的高純硅則是用氫氣還原三氯氫硅或四氯化硅而制得。 元素用途： 用于制造高硅鑄鐵、硅鋼等合金，有機(jī)硅化合物和四氯化硅等，是一種重要的半導(dǎo)體材料，摻有微量雜質(zhì)得硅單晶可用來(lái)制造大功率的晶體管，整流器和太陽(yáng)能電池等。 元素輔助資料： 硅在地殼中的含量是除氧外最多的元素。如果說碳是組成一切有機(jī)生命的基礎(chǔ)，那么硅對(duì)于地殼來(lái)說，占有同樣的位置，因?yàn)榈貧さ闹饕糠侄际怯珊璧膸r石層構(gòu)成的。這些巖石幾乎全部是由硅石和各種硅酸鹽組成。 長(zhǎng)石、云母、黏土、橄欖石、角閃石等等都是硅酸鹽類；水晶、瑪瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是，硅與氧、碳不同，在自然界中沒有單質(zhì)狀態(tài)存在。這就注定它的發(fā)現(xiàn)比碳和氧晚。 拉瓦錫曾把硅土當(dāng)成不可分割的物質(zhì)——元素。 1823年，貝齊里烏斯將氟硅酸鉀（K2SiF6）與過量金屬鉀共熱制得無(wú)定形硅。盡管之前也有不少科學(xué)家也制得過無(wú)定形硅，但直到貝齊里烏斯將制得的硅在氧氣中燃燒，生成二氧化硅——硅土，硅才被確定為一種元素。硅被命名為silicium，元素符號(hào)是Si。