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一、硅的广泛存在和在地壳中的含量。
硅含量仅次于氧,硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分
二、硅的原子结构
碳和硅的原子结构示意图
都不易得电子,也不易失电子。主要形成四价的化合物。
硅和碳都是亲氧元素,相比之下,硅的亲氧性更强,在自然中没有游离态存在,总是与氧相互化合的。自然中硅主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在。
三、二氧化硅(SiO2)
1、存在与用途:地球上天然二氧化硅成为硅石,约占地壳质量的20%,存在形态有结晶性和无定性两种石英晶体是结晶的二氧化硅,具有不同的晶型和色彩。石英中无色透明的晶体是通常所说的水晶。具有彩色环带状或层状的称为玛瑙(含有杂质)
石英可用来做石英钟、石英表,耐高温的石英玻璃;水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片等,含有有色杂质的石英,还可用于制造精密仪器轴承,耐磨器皿和装饰品等。纯的二氧化硅可用来做光导纤维。
2、结构
二氧化硅 晶体硅 二氧化硅中硅-氧原子位置关系
晶体硅结构中的每一个“硅-硅”间切开,中间夹入一个氧原子,就形成了二氧化硅的晶体。形成以该硅原子为中心的正四面体型结构,这种正四面体型结构向空间伸展,就形成了具有空间网状结构的原子晶体。二氧化硅晶体中,硅氧原子数之比为1:2,SiO2只表示一种比例关系,并不表示晶体中存在SiO2的小分子。
3、SiO2的物理性质
无色透明晶体或白色粉末,难溶于水、熔点高、晶体的硬度大。
4、化学性质。
(1)二氧化硅是酸性氧化物,与二氧化碳有相似的性质。(但与水不反应)
物质 | 二氧化硅(SiO2) | 二氧化碳(CO2) |
与水反应 | 不反应 | 生成碳酸 |
与碱反应 | SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O | CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O 或CO2+NaOH=NaHCO3 |
与碱性氧化物反应 | SiO2+CaOCaSiO3 SiO2+Na2ONa2SiO3 | CO2+CaO=CaCO3 CO2+Na2O=Na2SiO3 |
玻璃中含有二氧化硅,与碱反应后生成的硅酸钠是一种矿物胶,可以将瓶子与玻璃塞粘在一起,故玻璃瓶装碱性溶液时不可用玻璃塞,要用橡胶塞。
(2)特性。
可以与氢氟酸反应生成四氟化硅气体和水。
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
四、硅酸
1、制备
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
2、物理性质:不溶于水的固体。
3、化学性质
(1)硅酸一种很弱的酸,酸性比碳酸还要弱。硅酸钠在空气中久置失效,生成碳酸钠和硅酸。Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+Na2CO3
(2)它受热或干燥失水可分解生成二氧化硅
H2SiO3H2O+SiO2
4、用途
硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,称为硅胶,可做干燥剂或催化剂载体。
五.硅酸盐
1.概念:硅酸盐是由硅、氧、金属等组成的化合物的总称。
2.性质:硅酸盐是一类结构复杂的固态,大多不溶于水,化学性质稳定
3.硅酸钠
①溶解性:溶于水,水溶液俗称_水玻璃,呈碱性。
②用途:制备硅胶和木材防火剂等的原料。
4.硅酸盐组成的表示:常用_二氧化硅和金属氧化物形式表示。
硅酸钠(Na2SiO3):Na2O∙SiO2
钾长石(K2Al2Si6O16):K2O∙Al2O3∙6SiO2
蛇纹石(Mg3H4Si2O9):3MgO∙ 2SiO2∙2H2O
高岭石(Al2H4Si2O9):Al2O3∙ 2SiO2∙ 2H2O
5.常见的硅酸盐产品
硅酸盐产品 | 原料 | 制造过程 |
玻璃 | 纯碱、石灰石、石英砂 | 玻璃熔炉高温熔融 |
水泥 | 粘土、石灰石、石膏 | 回转窑煅烧 |
陶瓷 | 粘土 | 高温烧结 |
6.其他含硅物质
性质 | 用途 | |
SiC | 俗称金刚砂,具有金刚石结构,硬度大 | 砂轮、砂纸 |
含4%硅的硅钢 | 有很高的导磁性 | 变压器铁芯 |
硅橡胶 | 具有很好的耐高温、耐低温性 | 汽车、飞机及火箭垫圈等
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人工制造的分子筛 | 具有均匀微孔结构,表面积大,具有吸附性 | 吸附剂、催化剂载体等 |
六、硅单质
1.硅单质的分类:分为晶体和无定形两种。
2.晶体硅的结构:类似于金刚石结构。
3.晶体硅物理性质:灰黑色色,有金属光泽的固体,熔点高,硬度多大,是良好的半导体材料。
4.硅的用途:硅芯片,太阳能电池,半导体材料
5.硅的制备
将石英砂(SiO2)和焦碳在电炉中高温反应生成粗硅和一氧化碳,化学方程式为:
SiO2+2CSi+2CO
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