金属硅

金属硅

结晶型的硅是暗黑蓝色的,很脆,是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下,除氟化氢以外,很难与其他物质发生反应。


硅的用途:


①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摩擦产生的高温,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路电话,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。


制备


工业上,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。


 

化学反应方程式:


 

SiO2 + 2C → Si + 2CO


 

这样制得的硅纯度为97~98%,叫做金属硅。再将它融化后重结晶,用酸除去杂质,得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。如要将它做成半导体用硅,还要将其转化成易于提纯的液体或气体形式,再经蒸馏、分解过程得到多晶硅。如需得到高纯度的硅,则需要进行进一步的提纯处理。


 

同位素


 

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。


 

用途


 

硅是一种半导体材料,可用于制作半导体器件和集成电路。还可以合金的形式使用(如硅铁合金),用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。


 

硅的特性 铝 - 硅 - 磷


 


 


 


 


 

元素周期表


 

总体特性


 

名称, 符号, 序号 硅、Si、14


 

系列 类金属


 

族, 周期, 元素分区 14族(IVA), 3, p


 

密度、硬度 2330 kg/m3、6.5


 

颜色和外表 深灰色、带蓝色调


 

地壳含量 25.7%


 

原子属性


 

原子量 28.0855 原子量单位


 

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]3s23p2


 

电子在每能级的排布 2,8,4


 

氧化价(氧化物) 4(两性的)


 

晶体结构 面心立方


 

物理属性


 

物质状态 固态


 

熔点 1687 K(1414 °C)


 

沸点 3173 K(2900 °C)


 

摩尔体积 12.06×10-6m3/mol


 

汽化热 384.22 kJ/mol


 

熔化热 50.55 kJ/mol


 

蒸气压 4.77 帕(1683K)


 

声速 无数据


元素描述


由无定型和晶体两种同素异形体。具有明显的金属光泽,呈灰色,密度2.32-2.34克/厘米3,熔点1410℃,沸点2355℃,具有金刚石的晶体结构,电离能8.151电子伏特。加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用,也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中,可溶于碱溶液中,并有氢气放出,形成相应的碱金属硅酸盐溶液,于赤热温度下,与水蒸气能发生作用。硅在自然界分布很广,在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石矿物的一个基本元素,以石英砂和硅酸盐出现。


元素来源:

用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧化硅可得晶体硅。电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。


元素用途:

用于制造高硅铸铁、硅钢等合金,有机硅化合物和四氯化硅等,是一种重要的半导体材料,掺有微量杂质得硅单晶可用来制造大功率的晶体管,整流器和太阳能电池等。


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