硅(岩石、砂砾等中的化学元素）
硅（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，相对原子量量28.0855，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上第三周期，IVA族的类金属元素。硅也是极为常见的一种元素，然而它少少以单量的形式在天然界呈现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，普遍存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰硕的元素，构成地壳总量量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。
发现简史
硅
1787年，拉瓦锡初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-吕萨克和泰纳尔（Thenard, Louis Jacques）加热钾和四氟化硅得到不纯的无定形硅，按照拉丁文silex（燧石）定名为silicon。
1811年，Gay-Lussac和Thenard以矽（硅）的四氟化物与碱土金属反响，发如今反响傍边生成赤褐色的化合物（可能是含不纯物无定形的矽）。
1823年，硅初次做为一种元素被永斯·雅各布·贝采利乌斯发现，并于一年后提炼出了无定形硅，其办法与盖-吕萨克利用的办法大致不异。他随后还用频频清洗的办法将单量硅提纯。
1823年，Berzelius以氧化矽（硅）的粉末，加以铁，碳的混和物在高温下加热，得到矽（硅）化铁。但是为了抽取纯的矽（硅），他利用矽（硅）-氟-钙的化合物，干烧之后得到的固体，加水合成得到纯的矽（硅）。
发现硅的荣誉归属于瑞典化学家Jöns Jacob Berzelius，在斯德哥尔摩（瑞典首都）于1824年，他通过加热氟硅酸钾和钾获取了硅。那个产品被硅酸钾污染，但他把它放在水中搅拌，会与之反响，因而得到了相对纯净的硅粉末。
1824年永斯·雅各布·贝采利乌斯用同样的办法，但颠末频频洗涤除去此中的氟硅酸，得到纯无定形硅。
结晶性的矽则到了1854年才被提炼出来。矽（硅）的拉丁文是silicium，意为"坚硬之石"。
1854年H·S·C·德维尔第一次造得晶态硅。
单晶硅及抛光硅片
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）。然而在其时的时空下，因为拼音计划尚未推广普及，一般群众多误读为gui。因为化学元素译词除中国原有定名者，多用音译，化学学会留意到此问题，于是又创“矽”字制止误读。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量定名扩大座谈会，有学者以“矽”与别的的化学元素“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。
矿藏散布
硅的DFT能带构造
硅的品貌，引起早期化学家的兴趣。矽（硅）在地球外表的含量仅次于氧，占有将近28%.但是矽（硅）元素并不是最早被发现的元素，那是因为从矽（硅）的氧化物中要将矽复原出来是一件十分困难的事。
硅约占地壳总重量的25.7%，仅次于氧。在天然界中，硅凡是以含氧化合物形式存在，此中最简单的是硅和氧的化合物硅石SiO。石英、水晶等是纯硅石的变体。矿石和岩石中的硅氧化合物统称硅酸盐，较重要的有长石KAlSiO、高岭土AlSiO(OH)、滑石Mg(SiO)(OH)、云母KAl(AlSiO)(OH)、石棉HMgSiO、钠沸石Na(AlSiO)·HO、石榴石CaAl(SiO)、锆石英ZrSiO和绿柱石BeAlSiO等。土壤、黏土和砂子是天然硅酸盐岩石风化后的产品。
基于硅质料的电子产物（芯片）
硅在天然界散布很广，在地壳中的原子百分含量为16.7%。是构成岩石矿物的一个根本元素，以石英砂和硅酸盐呈现。
硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。若是说碳是构成一切有机生命的根底，那么硅关于地壳来说，占有同样的位置，因为地壳的次要部门都是由含硅的岩石层构成的。那些岩石几乎全数是由硅石和各类硅酸盐构成。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、卵白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。
理化性量
物理性量
硅原子构造三维图
硅[化学元素]
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。
系列
类金属
族
ⅣA族
周期
3
元素分区
p区
密度
2328.3 kg/m³
常见化合价
+4
硬度
6.5
地壳含量
25.7%
弹性模量
190GPa（有些文献中为那个值）
密度
2.33g/cm³（18℃）
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
50.55 kJ/mol
蒸气压
4.77Pa（1683K）
间接带隙
1.1eV （室温）
电导率
2.52×10⁻⁴ /（米欧姆）
电负性
1.90（鲍林标度）
比热
700 J/（kg·K）
原子核外电子排布：1s²2s²2p⁶ 3s²3p²；
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；
颜色和外表：深灰色、带蓝色彩；
接纳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，跟着温度升高，电导率增大，在1480℃摆布到达更大，而温度超越1600℃后又随温度的升高而减小。
电负性
1.90（鲍林标度）
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
2.有三种天然的不变同位素Si（92.2%）、Si（4.7%）和Si（3.1%），还有量量数为25、26、27、31和32的人工放射性同位素。
3.硅（原子量量单元：28.0855，共有23种同位素，此中有3种同位素是不变的。
化学性量
硅有明显的非金属特征，能够溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生（偏）硅酸盐和氢气。
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，那称为电子的壳层构造。硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，到达不变态。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感化。
正因为硅原子有如斯构造，所以有其一些特殊的性量：最外层的4个价电子让硅原子处于亚不变构造，那些价电子使硅原子彼此之间以共价键连系，因为共价键比力结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性量比力不变，常温下很难与其他物量（除氟化氢和碱液以外）发作反响；硅晶体中没有明显的自在电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性量。
加热下能同单量的卤素、氮、碳等非金属感化，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等感化。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，构成响应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发作感化。
分类：纯净物、单量、非金属单量。
（1）与单量反响：
Si + O₂ == SiO₂，前提：加热
Si + 2F₂ == SiF₄
Si + 2Cl₂ == SiCl₄，前提：高温
（2）高温实空前提下能够与某些氧化物反响：
2MgO + Si=高温实空 =Mg(g)+SiO₂（硅热复原法炼镁）
（3）与酸反响：
只与氢氟酸反响：Si + 4HF == SiF₄↑ + 2H₂↑
（4）与碱反响：Si + 2OH⁻+ H₂O == SiO₃²⁻+ 2H₂↑（如NaOH，KOH）
留意：硅、铝是既能和酸反响，又能和碱反响，放出氢气的单量。
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↓
硅原子构造二维图
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；
原子核吃亏量量：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）。
造取办法
硅的造取安装
尝试室里可用镁粉在赤热下复原粉状二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉，再用氢氟酸洗去未感化的二氧化硅，即得单量硅。那种办法造得的都是不敷纯净的无定形硅，为棕黑色粉末。工业上消费硅是在电弧炉中复原硅石（SiO含量大于99%）。利用的复原剂为石油焦和柴炭等。利用曲流电弧炉时，能全数用石油焦取代柴炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），接纳量量高的硅石（SiO大于99%），可间接炼出造造硅钢片用的高量量硅。高纯的半导体硅可在1，200℃的热硅棒上用氢气复原高纯的三氯氢硅SiHCl或SiCl造得。超纯的单晶硅可通过曲拉法或区域熔炼法等造备。
用镁复原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中复原二氧化硅可得晶体硅。电子工业顶用的高纯硅则是用氢气复原三氯氢硅或四氯化硅而造得。
应用范畴
硅晶圆片
1、高纯的单晶硅是重要的半导体质料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，构成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，构成n型半导体。p型半导体和n型半导体连系在一路构成p-n结，就可做成太阳能电池，将辐射能改变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的质料。别的普遍应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各类集成电路（包罗人们计算机内的芯片和CPU）都是用硅做的原质料。
2、金属陶瓷、宇宙飞行的重要质料。将陶瓷和金属混合烧结，造成金属陶瓷复合质料，它耐高温，富韧性，能够切割，既继承了金属和陶瓷的各自的长处，又填补了两者的先天缺陷。可应用于军事兵器的造造。第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵盖住高速穿行浓密大气时摩擦产生的高温，端赖它那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。用纯二氧化硅能够拉造出高通明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里，发作无数次全反射而向前传输，取代了粗笨的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，能够同时传输256路德律风；并且它还不受电、磁的干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发作革命性巨变。
4、性能优良的硅有机化合物。例若有机硅塑料是极好的防水涂布质料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，能够一劳永逸地处理渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，能够避免青苔繁殖，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，即是颠末有机硅塑料处置外表的，因而永久洁白、清爽。
5、因为有机硅奇特的构造，兼备了无机质料与有机质料的性能，具有外表张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗入性高档根本性量，并具有耐凹凸温、电气绝缘、耐氧化不变性、耐候性、难燃、憎水、耐侵蚀、无毒无味以及心理惰性等优良特征，普遍应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食物、轻工、医疗等行业，此中有机硅次要应用于密封、粘合、光滑、涂层、外表活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。跟着有机硅数量和品种的持续增长，应用范畴不竭拓宽，构成化工新质料界独树一帜的重要产物系统，许多品种是其他化学品无法替代而又必不成少的。
6、硅能够进步动物茎秆的硬度，增加害虫取食和消化的难度。虽然硅元素在动物生长发育中不是必须元素，但它也是动物抵御顺境、调理动物与其他生物之间彼此关系所必须的化学元素。
硅在进步动物对非生物和生物顺境抗性中的感化很大，如硅能够进步动物对干旱、盐胁迫、紫外辐射以及病虫害等的抗性。硅能够进步水稻对稻纵卷叶螟的抗性，施用硅后水稻对害虫取食的防御反响敏捷进步，硅对动物防御起到警备感化。
水稻在遭到虫害袭击时，硅能够警备水稻敏捷激活与抗逆性相关的茉莉酸路子，茉莉酸信号反过来促进硅的吸收，硅与茉莉酸信号路子彼此感化影响着水稻对害虫的抗性。
心理功用
单晶硅棒
硅是人体必须的微量元素之一。占体重的0.026%。硅及含硅的粉尘对人体更大的危害是引起矽肺。矽肺是严峻的职业病之一，矿工、石材加工工人以及其他在含有硅粉尘场合的工人应采纳需要的防护办法。
硅在结缔组织、软骨构成中硅是必须的，硅能将粘多糖互相保持，并将粘多糖连系到卵白量上，构成纤维性构造，从而增加结缔组织的弹性和强度，维持构造的完好性；硅参与骨的钙化感化，在钙化初始阶段起感化，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，此酶显示更大活力时需要硅；通过对差别来源的胶原阐发，成果显示硅是胶原构成成分之一。
参考摄入量：因为没有人体硅需要量的尝试材料，因而难以提出适宜的人体每日硅的需求量，由动物尝试推算，硅若易吸收，每天人体的需要量可能为2～5mg。但炊事中大部门的硅不容易被吸收，保举摄入量每天约为5～10mg，能够认为每日摄入20～50mg是适宜的。
过量表示：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别。也有报导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，经呼吸道持久吸入大量含硅的粉尘，可引起矽肺。
硅单晶悬浮区熔炉
矽肺（silicosis）又称硅肺，是尘肺中最为常见的一品种型，是因为持久吸入大量含有游离二氧化硅粉尘所引起，以肺部普遍的结节性纤维化为主的疾病。矽肺病人因为两肺发作普遍性纤维组织增生肺组织的微血管轮回遭到障碍，抵御力下降，因而容易合并其他疾病，招致病情恶化，以至灭亡。
不敷表示：饲猜中贫乏硅可使动物生长迟缓、缺乏招致头发、指甲易断裂，皮肤失去光泽。动物试验成果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同时弥补硅，有利于庇护动物的主动脉的构造。别的，已确定血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化水平呈反比。在心血管疾病持久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。
硅是一种十分平安的物量，自己不予免疫系统反响，也不会被细胞吞噬，更不会繁殖细菌或与化学物量发作反响，同时还能够有针对皮肤伤口所开发作产的硅胶，能够用来庇护伤口，是平安性十分高的质料，受列国卫活力关答应利用。
常见谣言
谣言：在天然界中，硅都以含氧化合物形式存在。
驳倒：天然界存在天然的硅单量且早有报导，下为文献报导节选
本文对天然硅停止了矿相学、矿物学研究。该矿物产于福建某地矽卡岩型硫、多金属矿床中。天然硅呈亮灰雪白色、强金属光泽。性脆。镜下呈浑圆粒状、乳滴状。均量。实测比重d=2.368。硬度H_M=6.76。反射率 R 470nm 37.08;546nm 33.44;589nm 31.27;650nm 29.96。经扫描电镜能谱阐发、电子探针阐发,Si 99.87%～99.94%。