| 词条 | 硅 |
| 释义 | 1 汉语汉字◎ 基本信息拼音：guī注音：ㄍㄨㄟ部首：石部外笔画：6总笔画：11五笔86：DFFG五笔98：DFFG 仓颉：MRGG郑码：GBB电码：9701 四角号码：14614UNICODE：7845 ◎ 基本字义一种非金属元素，是一种半导体材料，太阳能电池片的主要原材料。亦可用于制作半导体器件和集成电路。旧称“矽”。 ◎ 详细字义一种四价的非金属元素,以化合物的形式，作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳中，主要以熔点很高的氧化物和硅酸盐的形式存在。在自然界中几乎没有游离态的硅。通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得的，主要以合金的形式使用(如硅铁合金)，也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中，或用作半导体材料(如在晶体管中)和光生电池的元件 [silicon]——元素符号Si 相对原子量为28.08653，在元素周期表中的lVA族（第四主族），第三周期。 晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度2.4g/cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。硅的结构与金刚石类似，是正四面体结构。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于造制合金如硅铁、硅钢等，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6%，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。地壳中，硅的含量在所有元素中含量仅次于氧，居第二。 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。 ◎ 常用词组1. 硅谷 guīgǔ[Silicon Valley] 美国的高技术密集型新兴城市，位于旧金山南边的圣克拉拉县圣克拉拉谷，以从事半导体-电子工业生产闻名。故称硅谷，后泛指新兴专业性科学城区。 2. 硅酸盐 guīsuānyán [silicate] 具有硅酸根的盐，是构成地壳的主要成分。有稳定的化学性质，其硬度大、耐火，可用于制造耐火材料、玻璃、陶瓷、水泥等。 3.硅及硅合金的熔炼：中频电炉可以熔炼有色金属，锌、铜、镁、铬、汝铁硼、硅、铝等。 ◎ 方言集汇粤语：gwai1 客家话：[宝安腔]gui1[客语拼音字汇]gui1 ◎ 《康熙字典》《午集下》《石字部》 ·硅 《广韵》虎伯切，音剨。硅破也。《正字通》砉字之譌。 2 化学元素硅guī（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.0855，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。 ◎ 概述硅元素位于元素周期表第IV主族，它的原子序数为Z=14，核外有14个电子，相对分子质量28.09。电子在原子核外，按能级由低到高，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。由于电子排布的特点，硅具有一些特殊的性质：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。 ◎ 元素描述有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。 ◎ 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。 ◎ 主要存在形态硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切有机生命的基础，那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为地壳的主要部分都是由含硅的岩石层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。 长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类；水晶、玛瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。硅与氧、碳不同，在自然界中没有单质状态存在。 ◎ 常用方程式Si+O2=（高温）SiO2 Si + 2OH- + H2O == SiO32-+ 2H2↑ Si+2F2==SiF4 Si+4HF==SiF4↑+2H2↑ Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑ SiO2 + 2OH-== SiO32-+ H2O SiO32-+ 2NH4+ + H2O == H4SiO4↓ + 2NH3↑ SiO32-+ CO2 + 2H2O == H4SiO4↓+ CO32- SiO32-+ 2H+== H2SiO3↓ SiO32-+ 2H++ H2O == H4SiO4↓ H4SiO4 == H2SiO3 + H2O 3SiO32-+ 2Fe3+== Fe2(SiO3)3↓ 3SiO32-+ 2Al3+== Al2(SiO3)3↓ Na2CO3 + SiO2 == Na2SiO3 + CO2 ↑（条件：高温） ◎ 部分化合物二氧化硅、硅胶、硅酸盐、硅酸、原硅酸、硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、 ◎ 发现史◎ 硅名称的由来英文silicon，来自拉丁文的silex,silicis，意思为燧石（火石）。 民国初期，学者原将此元素译为“硅”而令其读为“xi（圭旁确可读xi音）”（又，“硅”字本为“砉”字之异体，读huo）。然而在当时的时空下，由于拼音方案尚未推广普及，一般大众多误读为gui。由于化学元素译词除中国原有命名者，多用音译，化学学会注意到此问题，于是又创 “矽”字避免误读。台湾沿用“矽”字至今。 中国大陆在1953年2月，中国科学院召开了一次全国性的化学物质命名扩大座谈会，有学者以“矽”与另外的化学元素“锡”和“硒”同音易混淆为由，通过并公布改回原名字“硅”并读“gui”，但并未意识到其实“硅”字本亦应读xi音。有趣的是，矽肺与矽钢片等词汇至今仍用矽字。在香港，两用法皆有，但“矽”较通用。 CAS号：7440-21-3 ◎ 发现过程1787年，拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。然而在1800年，戴维将其错认为一种化合物。1811年，盖-吕萨克和Thénard可能已经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。 ◎ 总体特性◎ 元素属性名称：硅 符号：Si 英文名称：silicon 序号：14 系列：类金属 族：14族 周期： 3 元素分区： p区 原子核外电子排布：1s2 2s22p6 3s23p2 密度：2328.3 kg/m3 常用化合价：+4 晶胞类型：立方金刚石型 晶胞参数：20℃下测得其晶胞参数a=0.543087nm 硬度：36.5 颜色和外表： 深灰色、带蓝色调 地壳含量： 25.7% 弹性模量：190GPa（有些文献中为这个值） 采用纳米压入法测得单晶硅（100）的E为140~150GPa 来源文献：Nanoscale mechanical propertymeasurements using modified atomic force microscopy ◎ 原子属性原子量：28.0855u 原子半径：（计算值）110pm 共价半径：111 pm 范德华半径：210 pm 外围电子层排布：3s2 3p2 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） 晶体结构：面心立方 ◎ 物理属性物质状态：固态 熔点：1687K（1414℃） 沸点：3173K（2900℃） 摩尔体积：12.06×10-6m3/mol 汽化热：384.22kJ/mol 熔化热：50.55kJ/mol 蒸气压：4.77Pa（1683K） ◎ 化学性质分类：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）不与其它氧化物反应 （3）与氧化性酸反应： 只与氢氟酸反应 Si + 4HF == SiF4↑ + 2H2↑ （4）与碱反应：Si + 2OH-+ H2O == SiO32-+ 2H2↑（如NaOH） ◎ 其他性质电负性：1.90（鲍林标度） 比热：700 J/(kg·K) 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。电导率范围：0~5500 Ωm 热导率：148 W/(m·K) 第一电离能786.5 kJ/mol 第二电离能 1577.1 kJ/mol 第三电离能 3231.6 kJ/mol 第四电离能 4355.5 kJ/mol 第五电离能 16091 kJ/mol 第六电离能 19805 kJ/mol 第七电离能 23780 kJ/mol 第八电离能 29287 kJ/mol 第九电离能 33878 kJ/mol 第十电离能 38726 kJ/mol ◎ 同位素硅(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。 符号 Z(p) N(n) 质量(u) 半衰期 原子核自旋 相对丰度 相对丰度的变化量 22Si 14 8 22.03453(22)# 29(2) ms 0+ 23Si 14 9 23.02552(21)# 42.3(4) ms 3/2+# 24Si 14 10 24.011546(21) 140(8) ms 0+ 25Si 14 11 25.004106(11) 220(3) ms 5/2+ 26Si 14 12 25.992330(3) 2.234(13) s 0+ 27Si 14 13 26.98670491(16) 4.16(2) s 5/2+ 28Si 14 14 27.9769265325(19) 稳定 0+ 0.92223(19) 0.92205-0.92241 29Si 14 15 28.976494700(22) 稳定 1/2+ 0.04685(8) 0.04678-0.04692 30Si 14 16 29.97377017(3) 稳定 0+ 0.03092(11) 0.03082-0.03102 31Si 14 17 30.97536323(4) 157.3(3) min 3/2+ 32Si 14 18 31.97414808(5) 170(13) a 0+ 33Si 14 19 32.978000(17) 6.18(18) s (3/2+) 34Si 14 20 33.978576(15) 2.77(20) s 0+ 35Si 14 21 34.98458(4) 780(120) ms 7/2-# 36Si 14 22 35.98660(13) 0.45(6) s 0+ 37Si 14 23 36.99294(18) 90(60) ms (7/2-)# 38Si 14 24 37.99563(15) 90# ms [>1 µs] 0+ 39Si 14 25 39.00207(36) 47.5(20) ms 7/2-# 40Si 14 26 40.00587(60) 33.0(10) ms 0+ 41Si 14 27 41.01456(198) 20.0(25) ms 7/2-# 42Si 14 28 42.01979(54)# 13(4) ms 0+ 43Si 14 29 43.02866(75)# 15# ms [>260 ns] 3/2-# 44Si 14 30 44.03526(86)# 10# ms 0+ ◎ 应用目前，硅主要有以下几方面的应用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。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。单晶硅作为半导体器件的核心材料,大大地促进了信息技术的革命。自20世纪中叶以来，单晶硅随着半导体工业的需要而迅速发展。 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，主要依靠其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。用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里，发生无数次全反射而向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话；并且还不受电、磁的干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。 ④性能优异的硅有机化合物。有机硅化合物，是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-0-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。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，就是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。 ◎ 硅与人体健康◎ 硅的生理功能硅在结缔组织、软骨形成中硅是必需的，硅能将粘多糖互相连结，并将粘多糖结合到蛋白质上，形成纤维性结构，从而增加结缔组织的弹性和强度，维持结构的完整性；硅参与骨的钙化作用，在钙化初始阶段起作用，食物中的硅能增加钙化的速度，尤其当钙摄入量低时效果更为明显；胶原中氨基酸约21%为羟脯氨酸，脯氨酰羟化酶使脯氨酸羟基化，此酶显示最大活力时需要硅；通过对不同来源的胶原分析，结果显示硅是胶原组成成分之一。 ◎ 参考摄入量由于没有人体硅需要量的实验资料，因此难以提出合适的人体每日硅的需求量，由动物实验推算，硅若易吸收，每天人体的需要量可能为2～5mg。但膳食中大部分的硅不易被吸收，推荐摄入量每天约为5～10mg，可以认为每日摄入20～50mg是适宜的。 ◎ 过量表现◎ 高硅症高硅饮食的人群中曾发现局灶性肾小球肾炎，肾组织中含硅量明显增高的个体。也有报道有人大量服用硅酸镁（含硅抗酸剂）可能诱发人类的尿路结石。 ◎ 硅肺病经呼吸道长期吸入大量含硅的粉尘，可引起矽肺。 ◎ 不足表现饲料中缺少硅可使动物生长迟缓、缺乏导致头发、指甲易断裂，皮肤失去光泽。动物试验结果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同时补充硅，有利于保护动物的主动脉的结构。另外，已确定血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期发病率相差两部的人群中，其饮用水中硅的含量也相差约两倍，饮用水硅含量高的人群患病较少。
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