原子屬性:
原子量:28.0855u;[10]
原子核虧損質(zhì)量:0.1455u;
范德華半徑:210 pm;[10]
外圍電子層排布:3s2 3p2;引
電子在每個能級的排布:2,8,4;
電子層:KLM;
氧化性(氧化物):4(兩性的)。
4制取方法編輯
實驗室里可用鎂粉在赤熱下還原粉狀二氧化硅,用稀酸洗去生成的氧化鎂和鎂粉,再用氫氟酸洗去未作用的二氧化硅,即得單質(zhì)硅。這種方法制得的都是不夠純凈的無定形硅,為棕黑色粉末。工業(yè)上生產(chǎn)硅是在電弧爐中還原硅石(SiO2含量大于99%)。使用的還原劑為石油焦和木炭等。使用直流電弧爐時,能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低(0.3%~0.8%),采用質(zhì)量高的硅石(SiO2大于99%),可直接煉出制造硅鋼片用的高質(zhì)量硅。高純的半導體硅可在1,200℃的熱硅棒上用氫氣還原高純的三氯氫硅SiHCl3或SiCl4制得。超純的單晶硅可通過直拉法或區(qū)域熔煉法等制備。[2]
5應(yīng)用領(lǐng)域編輯
1、高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半導體;摻入微量的第VA族元素,形成n型半導體。p型半導體和n型半導體結(jié)合在一起形成p-n結(jié),就可做成太陽能電池,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。另外廣泛應(yīng)用的二極管、三極管、晶閘管、場效應(yīng)管和各種集成電路(包括人們計算機內(nèi)的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。[9]
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,又彌補了兩者的先天缺陷?蓱(yīng)用于軍事武器的制造。第一架航天飛機“哥倫比亞號”能抵擋住高速穿行稠密大氣時摩擦產(chǎn)生的高溫,全靠它那三萬一千塊硅瓦拼砌成的外殼。[9]
3、光導纖維通信,較新的現(xiàn)代通信手段。用純二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纖維。激光可在玻璃纖維的通路里,發(fā)生無數(shù)次全反射而向前傳輸,代替了笨重的電纜。光纖通信容量高,一根頭發(fā)絲那么細的玻璃纖維,可以同時傳輸256路電話;而且它還不受電、磁的干擾,不怕竊聽,具有高度的保密性。光纖通信將會使21世紀人類的生活發(fā)生革命性巨變。[9]
4、性能優(yōu)異的硅有機化合物。例如有機硅塑料是極好的防水涂布材料。在地下鐵道四壁噴涂有機硅,可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表,涂一層薄薄的有機硅塑料,可以防止青苔滋生,抵擋風吹雨淋和風化。天安門廣場上的人民英雄紀念碑,便是經(jīng)過有機硅塑料處理表面的,因此永遠潔白、清新。 [9]
5、由于有機硅獨特的結(jié)構(gòu),兼?zhèn)淞藷o機材料與有機材料的性能,具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì),并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性,廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè),其中有機硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,形成化工新材料界獨樹一幟的重要產(chǎn)品體系,許多品種是其他化學品無法替代而又必不可少的。[9]
6、硅可以提高植物莖稈的硬度,增加害蟲取食和消化的難度。盡管硅元素在植物生長發(fā)育中不是必需元素,但它也是植物抵御逆境、調(diào)節(jié)植物與其他生物之間相互關(guān)系所必需的化學元素。
硅在提高植物對非生物和生物逆境抗性中的作用很大,如硅可以提高植物對干旱、鹽脅迫、紫外輻射以及病蟲害等的抗性。硅可以提高水稻對稻縱卷葉螟的抗性,施用硅后水稻對害蟲取食的防御反應(yīng)迅速提高,硅對植物防御起到警備作用。
6生理功能編輯
硅是人體必需的微量元素之一。占體重的0.026%。硅及含硅的粉塵對人體較大的危害是引起矽肺。矽肺是嚴重的職業(yè)病之一,礦工、石材加工工人以及其他在含有硅粉塵場所的工人應(yīng)采取必要的防護措施。[2]
硅在結(jié)締組織、軟骨形成中硅是必需的,硅能將粘多糖互相連結(jié),并將粘多糖結(jié)合到蛋白質(zhì)上,形成纖維性結(jié)構(gòu),從而增加結(jié)締組織的彈性和強度,維持結(jié)構(gòu)的完整性;硅參與骨的鈣化作用,在鈣化初始階段起作用,食物中的硅能增加鈣化的速度,尤其當鈣攝入量低時效果更為明顯;膠原中氨基酸約21%為羥脯氨酸,脯氨酰羥化酶使脯氨酸羥基化,此酶顯示較大活力時需要硅;通過對不同來源的膠原分析,結(jié)果顯示硅是膠原組成成分之一。
參考攝入量:由于沒有人體硅需要量的實驗資料,因此難以提出合適的人體每日硅的需求量,由動物實驗推算,硅若易吸收,每天人體的需要量可能為2~5mg。但膳食中大部分的硅不易被吸收,推薦攝入量每天約為5~10mg,可以認為每日攝入20~50mg是適宜的。
過量表現(xiàn):高硅癥,高硅飲食的人群中曾發(fā)現(xiàn)局灶性腎小球腎炎,腎組織中含硅量明顯增高的個體。也有報道有人大量服用硅酸鎂(含硅抗酸劑)可能誘發(fā)人類的尿路結(jié)石。
硅肺病,經(jīng)呼吸道長期吸入大量含硅的粉塵,可引起矽肺。