Кратка история на откритието
През 1787 г. Лавоазие за първи път открива силикон в скали.
През 1800 г. Дейвид греши за съединение.
През 1811 г. Ги-Люсак и Танер (Тенард, Луи Жак) нагряват калий и силициев тетрафлуорид, за да получат нечист аморфен силиций, който е наречен силикон според латинския силекс (кремък).
In1811,Gay-LussacandThenardusedsilicon(silicon)tetrafluoridetoreactwithalkalineearthmetalsanddiscoveredthatarussetcompound(probablyamorphoussiliconcontainingimpurities)wasformedduringthereaction.
In1823,siliconwasfirstdiscoveredasanelementbyJonsJacobsBezelius.Ayearlater,amorphoussiliconwasextracted.Gramusesroughlythesamemethod.Hethenusedrepeatedcleaningmethodstopurifytheelementalsilicon.
През 1823 г. Берцелиус използва силиконов оксид (силиций) на прах и смес от фирон и въглерод за нагряване при високи температури, за да получи железен силицид. Но за да извлече чист силиций (силиций), той използва съединение от силиций (силиций)-флуор-калций и твърдото вещество, получено след сухо изгаряне, се хидролизира за получаване на чист силиций кон (силиций).
ThehonorofdiscoveringsiliconbelongstotheSwedishchemistJönsJacobBerzelius,whoobtainedsiliconbyheatingpotassiumandpotassiumfluorosilicateinStockholm(thecapitalofSweden)in1824.Thisproductwascontaminatedbypotassiumsilicate,buthestirreditinwaterandreactedwithit,thusobtainingrelativelypuresiliconpowder.
In1824,JonsJacobsBezeliususedthesamemethod,butafterrepeatedwashingtoremovefluorosilicicacid,pureamorphoussiliconwasobtained.
Кристалният силиций не е бил рафиниран до 1854 г. Латинската дума за силиций (силиций) исилиций, която означава „твърд камък“.
През 1854 г. H·S·C·Deville прави декристален силиций за първи път.
Произходът на името на силиций: английски silicon, от латински silex, silicis, което означава кремък (кремък). В ранните дни на Китайската република учените първоначално превеждат този елемент като "силиций" и произнасят като "xi (можете да прочетете xi звучно отстрани на Gui)" (също "силиций" е вариант на "砉", Обаче във времето и пространството по това време, тъй като схемата pinyin все още не е популяризирана, обикновено се чете погрешно като gui .В допълнение към оригиналното китайско име, транслитерацията често се използва за превод на химични елементи. Обществото на химията забеляза този проблем и създаде думата "силиций", за да избегне недоразумения. Тайван все още използва думата "силиций" до днес. В континентален Китай през февруари 1953 г. Китайската академия на науките проведе общонационален симпозиум относно наименуването на химични вещества. Някои учени приеха и обявиха, че „силиций“ лесно се бърка с други химични елементи „калай“ и „селен“. Променено обратно на оригиналното име „Si“ и произнасяно „gui“, но не разбра, че „Si“ също трябва да се произнасяxi .Интересно е, че думи като силикоза и силиконова стоманена ламарина все още използват думата силиций. В Хонконг се използват двете, но "силиций" е по-разпространена.
Разпределение на минерални залежи
Изобилието от силиций предизвика интереса на химиците-рани. Съдържанието на силиций (силиций) на повърхността на земята е само на кислород, което представлява почти 28%. Въпреки това, силиций (силиций) не е първият елемент, който трябва да бъде открит. Това е така, защото силиконът е намален fr омтеоксид на силиций (силиций). Много трудно нещо.
Силиконът представлява около 25,7% от общото тегло на земната кора, на второ място, само на кислорода. В природата силиконът обикновено съществува във формата на съдържащи кислород съединения, най-простите на които е силицийSiO2, съединение на силиций и кислород. Варианти на кварц, кристал и др. на чист силициев диоксид.Съединенията на силициевия диоксид и пясъчните руди се отнасят колективно до асиликатите.По-важните са фелдшпат KAlSi3 O8и каолинAl2Si2O5(OH)4,talcMg< sub>3(Si4O10)(OH)2,MicaKAl2(AlSi 3O10)(OH)2,азбестH4Mg3Si< sub>2O9,Натриев зеолитNa2(Al2Si3O10 )·2H2O,гранатCa3Al2(SiO4< /sub>)3,ZirconiumQuartzZrSiO4иBerylBe3Al2Si6O 18Изчакайте. Почва, глина и пясък изветрените продукти от естествени силициеви скали.
Силиконът е широко разпространен в природата и неговият атомен процент в земната кора е 16,7%. Той е основен елемент, съставляващ скални минерали, изглеждащи като кварцов пясък и силикат.
Съдържанието на силиций в земната кора е най-разпространеният елемент с изключение на кислорода. Ако въглеродът е основата на целия органичен живот, тогава силиконът заема същото място в земната кора, тъй като основната част от земната кора е съставена от скални слоеве, съдържащи силиций. Почти повечето от тези скали са съставени от силициев диоксид и различни силикати. Фелдшпат, слюда, глина, оливин, рогова обманка и др.
Физични и химични свойства
Физични свойства
Има два алотропа на морфен силиций и кристален силиций. Кристалният силикон е сиво-черен, аморфен силикон е черен, плътност 2,32-2,34 g/cm3, точка на топене 1410 ℃, точка на кипене 2355 ℃, кристален силиций принадлежи към атомен кристал. Той е неразтворим във вода, азотна киселина и хлороводородна киселина, но е разтворим във флуороводородна киселина и луга. Твърд и метален.
серия | подобен на метал |
семейство | Семейство IV |
точка | 3 |
ElementPartition | PArea |
Съвместимости | -4,+4 |
Твърдост | 6.5 |
Съдържание на кората | 25,7% |
Еластичен модул | 190GPa |
Плътност | 2,33 g/cm³ (18°C) |
Точка на топене | 1687K(1414°C) |
Точка на кипене | 3173K (2900 ℃) |
Молеален обем | 12,06×10-6m3/mol |
Топлина на изпаряване | 384,22kJ/mol |
Топлопренасяне | 50,55kJ/mol |
Налягане на парите | 4,77Pa(1683K) |
Индиректен зазор | 1,1 eV (стайна температура) |
Проводимост | 2,52×10-4/(метром) |
Електроотрицателност | 1,90 (скала на Pauling) |
Специфична измама p> | 700J/(kg·K) |
Електронно устройство извън ядрото: 1s²2s²2p⁶3s²3p²
Unitcelltype:cubicdiamondtype;
Параметър на единица клетка: измерен при 20 ℃, параметър на единица клетка = 0,543087 nm;
ColorAndappearance: тъмносив със син оттенък;
E на единичен кристален силиций(100), измерен чрез метод на наноиндентация, е 140～150GPa;
Conductivity:Silicon’sconductivityTheratehasagreatrelationshipwithitstemperature.Asthetemperaturerises,theconductivityincreases,reachingamaximumaround1480℃,andafterthetemperatureexceeds1600℃,itdecreaseswiththeincreaseintemperature.
Електроотрицателност | 1,90 (скала на Pauling) p> |
Топлопроводимост | 148W/(m·K) |
Първоначална енергия | 786,5kJ/mol |
Секондионизираща енергия | 1577.1kJ/mol |
Тридионизираща енергия | 3231,6kJ/mol |
Четирионизираща енергия | 4355,5kJ/mol |
Петионизираща енергия | 16091kJ/mol |
Енергия на шестионизация | 19805kJ/mol |
Седмата йонизационна енергия | 23780kJ/mol |
Осемийонизираща енергия | 29287kJ/mol |
Нинтионизираща енергия | 33878kJ/mol |
Тентионизираща енергия | 38726kJ/mol |
Изотопи:
22Si | 14 | 8 | 22.03453(22)# | 29(2)ms | 0+ | ||
23 Да | 14 | 9 | 23.02552(21)# | 42,3(4)ms | 3/2+# | ||
24 Да | 14 | 10 | 24.011546(21) | 140(8)ms | 0+ | ||
25 Да | 14 | 11 | 25.004106(11) | 220(3)ms | 5/2+ | ||
26 Да | 14 | 12 | 25,992330(3) | 2,234(13)s | 0+ | ||
27 Да | 14 | 13 | 26.98670491(16) | 4,16(2)s | 5/2+ | ||
28 Да | 14 | 14 | 27.9769265325(19) | стабилен | 0+ | 0,92223(19) | 0,92205-0,92241 | tr>
29Si | 14 | 15 | 28.976494700(22) | Стабилен | 1/2+ | 0,04685(8) | 0,04678-0,04692 |
30Si | 14 | 16 | 29.97377017(3) | Стабилен | 0+ | 0,03092(11) | 0,03082-0,03102 |
31Si | 14 | 17 | 30.97536323(4) | 157,3(3)мин | 3/2+ | ||
32 Да | 14 | 18 | 31.97414808(5) | 170(13)a | 0+ | ||
33 Да | 14 | 19 | 32.978000(17) | 6,18(18)s | (3/2+) | tr> | |
34Si | 14 | 20 | 33,978576(15) | 2,77(20)s | 0+ | ||
35 Да | 14 | 21 | 34.98458(4) | 780(120)ms | 7/2-# | ||
36 Да | 14 | 22 | 35.98660(13) | 0,45(6)s p> | 0+ | ||
37 Да | 14 | 23 | 36.99294(18) | 90(60)ms | （7/2-)# | ||
38 Да | 14 | 24 | 37,99563(15) | 90#ms | 0+ | ||
39 Да | 14 | 25 | 39.00207(36) | 47,5(20)ms | 7/2-# | ||
40 Да | 14 | 26 | 40.00587(60) | 33,0(10)ms | 0+ | ||
41 Да | 14 | 27 | 41.01456(198) | 20,0(25)ms | 7/2-# | ||
42 Да | 14 | 28 | 42.01979(54)# | 13(4)ms | 0+ | ||
43 Да | 14 | 29 | 43.02866(75)# | 15#ms | 3/2-# | ||
44 Да | 14 | 30 | 44.03526(86)# | 10#ms | 0+ |
Забележки:1. Данните, отбелязани с #, показват, че няма експериментално доказателство, а само теоретични спекулации, а данните, затворени в скоби, представляват несигурност на данните.
2.Има три естествени стабилни изотопа Si-28 (92,2%), Si-29 (4,7%) и Si-30 (3,1%), а масовите числа са 25, 26, 27, Изкуствени радиоизотопи на 31 и 32.
3.Силиций (атомна единица за маса: 28.0855, има общо 23 изотопа, от които 3 изотопа са нестабилни.
Химични свойства
Силиконът има очевидни неметални свойства на силиция, които могат да бъдат разтворени в разтвор на хидроксид на алкален метал, за да се получи (мета)силикат и водород.
ThesiliconatomislocatedintheIVmaingroupoftheperiodictable,anditsatomicnumberisZ=14,thereare14electronsoutsidethenucleus.Theelectronsareoutsidethenucleus,andaresurroundedbylayersfromlowsiliconatomstohighenergylevels,frominsidetooutside.Thisiscalledtheshellstructureofelectrons.Theextranuclearelectronsofsiliconatomshave2electronsinthefirstlayerand8electronsinthesecondlayer,reachingastablestate.The4electronsintheoutermostlayerarevalenceelectrons,whichplayaleadingroleintheconductivityofsiliconatoms.Function.
Becausethesiliconatomhassuchastructure,ithassomespecialproperties:thefouroutermostvalenceelectronsmakethesiliconatominametastablestructure,andthesevalenceelectronsmakethesiliconatomscommunicatewitheachother.Covalentlybonded,duetothestrongcovalentbond,siliconhasahighermeltingpointanddensity;chemicalpropertiesarerelativelystable,itisdifficulttoreactwithothersubstances(excepthydrogenfluorideandlye)atroomtemperature;thereisnoobviousinsiliconcrystalsThefreeelectronscanconductelectricity,buttheconductivityisnotasgoodasthatofmetals,anditincreaseswithtemperature.Ithassemiconductorproperties.
При нагряване може да взаимодейства с елементарни халогени, азот, въглерод и други неметали. Взаимодейства с определени метали като Mg, Ca, Fe, Pt и др., за да произведе силициди. Неразтворим е в общи органични киселини, разтворим в алкални разтвори и отделя водород, за да образува съответния разтвор на алкално-силикатен метал. температура, може да взаимодейства с водна пара.
Класификация: чисто вещество, просто вещество, неметално просто вещество.
(1) Реагирайте с просто вещество
(2) Може да се комбинира с някои оксидни реакции
(3) Реакция с киселина: само реакция с флуороводородна киселина
(4) Реакция с алкали
Note:SiliconandaluminumcanbothreactwithacidandAsimplesubstancethatcanreactwithalkalitoreleasehydrogen.
Свързано уравнение:
Свързани съединения:
Силициев диоксид, силикагел, силикат, силициева киселина, ортосилициева киселина, силан, дихлорид Силан, трихлорсилан, тетрахлорсилан,
Атомни свойства:
Атомно тегло: 28,0855u;
Ядрена загуба на маса: 0,1455u;
Атомен радиус:(изчислена стойност)110(111)pm;
Ковалент радиус:111pm;
Радиус на VanderWaals: 210pm;
Подреждането на периферния електронен слой: 3s²3p²;
Подреждането на енергийното ниво на електроните:2,8,4
Електронният слой: KLM;
Окисляващ (оксид): 4 (амфотерен).
Метод на приготвяне
В лабораторията магнезиевият прах може да се използва за редуциране на прахообразния силициев диоксид при червена топлина и генерираният магнезиев оксид и магнезиевият прах могат да се отмият с разредена киселина и след това да се използват хидроген. силиций, произведен по този метод, не е достатъчно чист, което е кафяво-черен прах. Промишленото производство на силиций намалява силициевия диоксид в електровъглева пещ (съдържанието на SiO2е по-голямо от 99%). Редуциращият агент използва петролен кокс и въглен. kem може да се използва вместо въглен. Петролният кокс има ниско съдържание на пране( 0.3%to0.8%),andhigh-qualitysilica(SiO2greaterthan99%)canbeusedtodirectlyproducehigh-qualitysiliconforsiliconsteelsheets.High-puritysemiconductorsiliconcanbepreparedbyreducinghigh-puritytrichlorosilaneSiHCl3orSiCl4 с хидроген на горещ силиций при 1200°C. Свръхпречистен кристален силиций може да бъде получен чрез метода на Чохралски или метода на зонно топене.
Amorphoussiliconcanbeobtainedbyreducingsilicondioxidewithmagnesium.Crystalsiliconcanbeobtainedbyreducingsilicondioxidewithcarboninanelectricfurnace.Thehigh-puritysiliconusedintheelectronicsindustryismadebyreducingtrichlorosilaneorsilicontetrachloridewithhydrogen.
Applicationareas
1.High-puritysinglecrystalsiliconisanimportantsemiconductormaterial.AsmallamountofgroupIIIAelementisaddedtomonocrystallinesilicontoformap-typesiliconsemiconductor;asmallamountofgroupVAelementisaddedtoformann-typesemiconductor.Thep-typesemiconductorandthen-typesemiconductorarecombinedtoformap-njunction,whichcanbemadeintoasolarcell,whichconvertsradiantenergyintoelectricalenergy.Itisapromisingmaterialinthedevelopmentofenergy.Inaddition,thewidelyuseddiodes,triodes,thyristors,fieldeffecttransistorsandvariousintegratedcircuits(includingchipsandCPUsinpeople'scomputers)areallrawmaterialsmadeofsilicon.
2.Metalceramics,importantmaterialsforastronautics.Ceramicandmetalaremixedandsinteredtomakeametal-ceramiccompositematerial,whichisresistanttohightemperature,richintoughness,andcanbecut.Itnotonlyinheritstherespectiveadvantagesofmetalandceramic,butalsomakesupfortheinherentdefectsofthetwo.Itcanbeusedinthemanufactureofmilitaryweapons.Thefirstspaceshuttle"Columbia"wasabletowithstandthehightemperaturegeneratedbyfrictionwhentravelingthroughdenseatmosphereathighspeed,thankstoitsshellmadeof31,000silicontiles.
3.Opticalfibercommunication,thelatestmodernmeansofcommunication.Puresilicacanbeusedtodrawhigh-transparencyglassfibers.Thelasercanbetransmittedforwardthroughcountlesstotalreflectionsinthepathoftheglassfiber,insteadofbulkycables.Theopticalfibercommunicationcapacityishigh.Aglassfiberasthinasahaircantransmit256telephonesatthesametime;anditisnotaffectedbyelectricityormagnetism,isnotafraidofeavesdropping,andhasahighdegreeofconfidentiality.Opticalfibercommunicationwillrevolutionizehumanlifeinthe21stcentury.
4.Siliconeorganiccompoundswithexcellentperformance.Forexample,siliconeplasticisanexcellentwaterproofcoatingmaterial.Sprayingsiliconeonthewallsofthesubwaycansolvetheproblemofwaterseepageonceandforall.Coatingathinlayerofsiliconeplasticonthesurfaceofancientculturalrelicsandsculpturescanpreventmossfromgrowingandresistwind,rain,andweathering.TheMonumenttothePeople'sHeroesonTiananmenSquareistreatedwithsiliconeplastic,soitwillalwaysbewhiteandfresh.
5.Duetotheuniquestructureoforganicsilicon,itcombinesthepropertiesofinorganicmaterialsandorganicmaterials.Ithasbasicpropertiessuchaslowsurfacetension,lowviscosity-temperaturecoefficient,highcompressibility,andhighgaspermeability.Highandlowtemperature,electricalinsulation,oxidationstability,weatherresistance,flameretardancy,waterrepellency,corrosionresistance,non-toxic,odorless,andphysiologicalinertia.Itiswidelyusedinaerospace,electronicandelectrical,construction,transportation,chemical,textile,Food,lightindustry,medicalandotherindustries,inwhichsiliconeismainlyusedinsealing,bonding,lubrication,coating,surfaceactivity,demoulding,defoaming,foamsuppression,waterproofing,moisture-proof,inertfilling,etc.Withthecontinuousgrowthofthenumberandvarietyofsilicones,theapplicationareascontinuetoexpand,formingauniqueandimportantproductsysteminthefieldofnewchemicalmaterials.Manyvarietiesareirreplaceableandindispensableforotherchemicals.
6.Siliconcanincreasethehardnessofplantstalksandincreasethedifficultyoffeedinganddigestionbypests.Althoughsiliconisnotanessentialelementinplantgrowthanddevelopment,itisalsoachemicalelementnecessaryforplantstoresistadversityandregulatetherelationshipbetweenplantsandotherorganisms.
Siliconplaysagreatroleinimprovingtheresistanceofplantstoabioticandbioticstresses.Forexample,siliconcanimprovetheresistanceofplantstodrought,saltstress,ultravioletradiation,pestsanddiseases.SiliconcanincreasetheresistanceofricetoCnaphalocrocismedinalis.Aftertheapplicationofsilicon,thedefensiveresponseofricetopestfeedingisrapidlyimproved.Siliconplaysaguardroleinplantdefense.
Whenriceisattackedbyinsectpests,siliconcanalertricetoquicklyactivatethejasmonicacidpathwayrelatedtostressresistance.Jasmonicacidsignalinturnpromotestheabsorptionofsilicon.TheinteractionofsiliconandjasmonicacidsignalpathwayaffectsResistanceofricetopests.
Physiologicalfunction
Siliconisoneoftheessentialtraceelementsforthehumanbody.Itaccountsfor0.026%ofbodyweight.Thebiggestharmofsiliconandsilicon-containingdusttothehumanbodyistocausesilicosis.Silicosisisoneoftheseriousoccupationaldiseases.Miners,stoneprocessingworkersandotherworkersinplacescontainingsilicondustshouldtakenecessaryprotectivemeasures.
Siliconisessentialfortheformationofconnectivetissueandcartilage.Siliconcanconnectmucopolysaccharidestoeachotherandbindmucopolysaccharidestoproteinstoformafibrousstructure,therebyincreasingtheelasticityandstrengthofconnectivetissue,Maintaintheintegrityofthestructure;siliconparticipatesinthecalcificationofbonesandplaysaroleintheinitialstageofcalcification.Siliconinfoodcanincreasethespeedofcalcification,especiallywhenthecalciumintakeislow.Theeffectismoreobvious;theaminoacidincollagenisabout21%Itishydroxyproline,prolylhydroxylasemakesprolinehydroxylate,thisenzymeneedssiliconwhenitshowsmaximumactivity;throughanalysisofdifferentsourcesofcollagen,theresultsshowthatsiliconisoneofthecomponentsofcollagen.
Referenceintake:Sincethereisnoexperimentaldataonthehumanbody'ssiliconrequirement,itisdifficulttoputforwardasuitabledailysiliconrequirementofthehumanbody.Accordingtoanimalexperiments,ifsiliconiseasytoabsorb,thedailyrequirementofthehumanbodyItmaybe2～5mg.However,mostofthesiliconinthedietisnoteasilyabsorbed,andtherecommendedintakeisabout5-10mgperday.Itcanbeconsideredthatadailyintakeof20-50mgisappropriate.
Excessivemanifestations:Individualswithhighsilicondisease,highsilicondiet,focalglomerulonephritis,andsignificantlyhighersiliconcontentinkidneytissue.Therearealsoreportsthatalargeamountofmagnesiumsilicate(silicon-containingantacids)mayinduceurinarycalculiinhumans.
Silicosis,long-terminhalationoflargeamountsofsilicon-containingdustthroughtherespiratorytractcancausesilicosis.
Silicosis,alsoknownassilicosis,isthemostcommontypeofpneumoconiosis.Itiscausedbylong-terminhalationofalargeamountofdustcontainingfreesilicondioxide.Itiscausedbyextensivenodularfibrosisinthelungs.Themaindisease.Inpatientswithsilicosis,duetoextensivefibroustissuehyperplasiainbothlungs,themicrovascularcirculationofthelungtissueishinderedandtheresistanceisreduced,soitiseasytomergewithotherdiseases,leadingtoworseningofthediseaseandevendeath.
Insufficientperformance:Thelackofsiliconinthefeedcanslowthegrowthofanimals,andthelackcancausehairandnailstobreakeasily,andtheskinlosesitsluster.Theresultsofanimalexperimentsshowthatsupplementingsiliconwhilefeedingarterioscleroticbeveragesisbeneficialtoprotectthestructureoftheanimal’saorta.Inaddition,ithasbeendeterminedthatthesiliconcontentinbloodvesselwallsisinverselyproportionaltothedegreeofatherosclerosisinhumansandanimals.Amongthepopulationswithdifferentlong-termincidencesofcardiovasculardisease,thesiliconcontentintheirdrinkingwateralsodifferedbyabouttwotimes.Peoplewithhighsiliconcontentindrinkingwatersufferedfewerdiseases.
Siliconisaverysafesubstance.Itdoesnotreactbytheimmunesystem,norisitswallowedbycells,nordoesitbreedbacteriaorreactwithchemicals.Itcanalsotargetskinwounds.Thesilicageldevelopedandproducedcanbeusedtoprotectwounds.Itisaverysafematerialandisapprovedforusebyhealthagenciesinvariouscountries.
Често срещани слухове
Слухове: В природата силиконът съществува под формата на съединения, съдържащи кислород.
Опровергайте: В природата има естествен силиконов елемент и за него се съобщава отдавна. Следващото е извадка от литературния доклад
Тази статия е провела минералогията, минералогията и минералогията на естествения силиций. Проучвателно изследване. Минералите се произвеждат в сяра от скарнов тип и полиметални находища на определено място във Фуджиан. Естественият силиций е яркосив и сребристобял със силен метален клъстер. kydroplets.Homogeneous.Themeasuredspecificgravityd=2.368.HardnessH_M=6.76.ReflectanceR470nm37.08;546nm33.44;589nm31.27;650nm29.96.След сканиранеелектронмикроскопскиенергиенспектрален анализиелектроннопробен анализ,Si е99 .87% ~ 99.94%.
