硅

1787年，拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。

1800年，戴维将其错认为一种化合物。

1811年，盖·吕萨克和Thénard通过将单质钾和四氟化硅混合加热的方法制备了不纯的无定形硅。

1823年，硅首次作为一种元素被贝采利乌斯发现，并于一年后提炼出了无定形硅，其方法与盖·吕萨克使用的方法大致相同。他随后还用反复清洗的方法将单质硅提纯。

1.三氯氢硅法:将干燥的硅粉加入合成炉中,与通入的干燥氯化氢气体在280～330℃有氯化亚铜催化剂存在下进行氯化反应,反应气体经旋风分离除去杂质,再用氯化钙冷冻盐水将气态三氯氢硅冷凝成液体,经粗馏塔蒸馏和冷凝,除去高沸物和低沸物,再经精馏塔蒸馏和冷凝,得到精制三氯氢硅液体。纯度达到7个“9”以上、杂质含量小于1×10-7,硼要求在0.5×10-9以下。提纯后的三氯氢硅送入不锈钢制的还原炉内,用超纯氢气作还原剂,在1050～1100℃还原成硅,并以硅芯棒为载体,沉积而得多晶硅成品。其反应式如下:

图XIV-6 硅的制取装置

2.用SiO2含量大约为95%的硅石和灰分少的焦炭混合,加热到1900℃左右进行还原。此方法制得的硅纯度为97%～98%,被称作金属硅。再将金属硅融化后进行重结晶,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。

3.用SiO2含量大约为95%的硅石和灰分少的焦炭混合,用1000～3000kVA开式电弧炉,加热到1900℃左右进行还原。

RTECS号：VW0400000

危险品标志： Highly flammable 极易燃物品

风险术语：R11高度易燃。

安全术语：S16远离火源。S33采取措施，预防静电发生。

第14族(IVA)元素。旧称矽。原子序数14。稳定同位素28，29，30。密度2.33g/cm3。

金属硅

熔点1410℃。沸点2355℃。氧化态(+2)，(+4)。灰黑色，有金属光泽的晶体或深褐色发亮的粉末。属非金属。晶体硅硬而有光泽，有金刚石晶格。单晶体具有半导体性，常温下不活泼，高温下可与卤素、硫、碳及多种金属化合。不溶于水和一般无机酸。能溶于硝酸和氢氟酸的混酸溶液。能溶于碱。地壳中丰度仅次于氧。以氧化物及硅酸盐形式存在。还存在于木贼属植物和禾木科植物中，以及动物毛发、滴虫类的甲壳和鸟的羽毛中。硅可用碳或镁高温还原二氧化硅制得。硅是重要的半导体材料，用于制大功率晶体管、整流器和太阳能电池。还用于制高硅铸铁、硅钢等，以及各种有机硅化合物等。

硅在地壳中很普遍，是储量最丰富的矿物之一。

2004年，世界硅开采量为510万吨， 其中，中国生产249万吨，俄罗斯51.3万吨，挪威29.8万吨，美国27.5万吨，巴西22.5万吨。

有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。

元素硅

晶胞类型：立方金刚石型；原子核外电子排布：1s22s22p63s23p2；

晶胞参数：20℃下测得其晶胞参数a=0.543087nm；

颜色和外表： 深灰色、带蓝色调；

采用纳米压入法测得单晶硅（100）的E为140～150GPa；

电导率：硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480℃左右达到最大，而温度超过1600℃后又随温度的升高而减小。

同位素

备注：1.画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。

2.有三种天然的稳定同位素Si（92.2%）、Si（4.7%）和Si（3.1%），还有质量数为25、26、27、31和32的人工放射性同位素。

3.硅（原子质量单位： 28.0855，共有23种同位素，其中有3种同位素是稳定的。

硅有明显的非金属特性，可以溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生（偏）硅酸盐和氢气。

硅孔雀石

硅原子位于元素周期表第IV主族，它的原子序数为Z=14，核外有14个电子。电子在原子核外，按能级由低硅原子到高，由里到外，层层环绕，这称为电子的壳层结构。硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，达到稳定态。最外层有4个电子即为价电子，它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。

正因为硅原子有如此结构，所以有其一些特殊的性质：最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构，这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于共价键比较结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除氟化氢和碱液以外）发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。

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。

分类：纯净物、单质、非金属单质。

（1）与单质反应：

Si + O₂ == SiO₂，条件：加热

Si + 2F₂ == SiF₄

Si + 2Cl₂ == SiCl₄，条件：高温

（2）高温真空条件下可以与某些氧化物反应：

2MgO + Si=高温真空 =Mg(g)+SiO₂（硅热还原法炼镁）

（3）与酸反应：

只与氢氟酸反应：Si + 4HF == SiF₄↑+ 2H₂↑

（4）与碱反应：Si + 2OH-+ H₂O == SiO₃2-+ 2H₂↑（如NaOH，KOH）

注意：硅、铝是既能和酸反应，又能和碱反应，放出氢气的单质。

相关方程式：

Si+O₂=高温= SiO₂

Si + 2OH-+ H₂O == SiO₃2-+ 2H₂↑

Si+2F₂== SiF₄

Si+4HF== SiF₄↑+2H₂↑

SiO₂ + 2OH-== SiO₃2-+ H₂O

SiO₃2-+ 2NH₄++ H₂O == H₄SiO₄↓ + 2NH₃↑

SiO₃2-+ CO₂ + 2H₂O == H₄SiO₃↓+ CO₃2-

SiO₃2-+ 2H+== H₂SiO₃↓

SiO₃2-+2H++H₂O == H₄SiO₄↓

H₄SiO₄ == H₂SiO₃ + H₂O

3SiO₃2-+ 2Fe3+== Fe₂（SiO₃）₃↓

3SiO₃2-+2Al3+==Al₂（SiO₃）₃↓

Na₂CO₃ + SiO₂ =高温= Na₂SiO₃ + CO₂↑

相关化合物：

二氧化硅、硅胶、硅酸盐、硅酸、原硅酸、硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、

原子属性：

原子量：28.0855u；

原子核亏损质量：0.1455u；

原子半径：（计算值）110（111）pm；

共价半径：111 pm；

范德华半径：210 pm；

外围电子层排布：3s23p2；引

电子在每个能级的排布：2，8，4；

电子层：KLM；

氧化性（氧化物）：4（两性的）。

 储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。库温不宜超过35℃。远离火种、热源。包装要求密封,不可与空气接触。应与氧化剂等分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

1.高纯的单晶硅是重要的半导体材料。金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。光导纤维通信,最新的现代通信手段。性能优异的硅有机化合物。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。制造硅烷和硅酮。制造硅有机化合物、合金、耐火材料等。

2.主要用于半导体、合金、有机硅高分子材料。高纯的单晶硅是重要的半导体材料。用作二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路材料。在开发能源方面也是一种很有前途的材料,可以制造太阳能电池等。将陶瓷和金属混合烧结,制成金属陶瓷复合材料,耐高温,富韧性,可以切割,集合了金属和陶瓷的优点,是金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。用纯二氧化硅制得的高透明度的玻璃纤维,光纤通信容量高,且不受电、磁干扰,并具有高度的保密性,可用于光导纤维通信。硅有机化合物可作为塑料、涂料等,得到了广泛应用。

3.用于制造合金、有机硅化合物和四氯化硅等,是一种极重要的半导体材料。