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矽   14Si
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C



Ge
外觀
深灰色晶體狀,反光時表面帶藍色


矽的光譜線
概況
名稱·符號·序數 矽(Silicon)·Si·14
元素類別 類金屬
·週期· 14·3·p
標準原子質量 28.085(1)
電子排布

[Ne] 3s2 3p2
2, 8, 4

矽的電子層(2, 8, 4)
歷史
預測 安托萬-洛朗·德·拉瓦錫(1787年)
發現 永斯·貝采利烏斯[1][2](1823年)
分離 永斯·貝采利烏斯(1823年)
命名 托馬斯·湯姆森(1817年)
物理性質
物態 固體
密度 (接近室溫
2.3290 g·cm−3
熔點時液體密度 2.57 g·cm−3
熔點 1687 K,1414 °C,2577 °F
沸點 3538 K,3265 °C,5909 °F
熔化熱 50.21 kJ·mol−1
汽化熱 359 kJ·mol−1
比熱容 19.789 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1908 2102 2339 2636 3021 3537
原子性質
氧化態 4, 3, 2, 1[3] -1, -2, -3, -4
兩性氧化物)
電負性 1.90(鮑林標度)
電離能

第一:786.5 kJ·mol−1
第二:1577.1 kJ·mol−1
第三:3231.6 kJ·mol−1

更多
原子半徑 111 pm
共價半徑 111 pm
范德華半徑 210 pm
雜項
晶體結構

鑽石

矽具有鑽石晶體結構
磁序 反磁性[4]
電阻率 (20 °C)103[5] Ω·m
熱導率 149 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)2.6 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (20 °C)8433 m·s−1
楊氏模量 130-188[6] GPa
剪切模量 51-80[6] GPa
體積模量 97.6[6] GPa
泊松比 0.064 - 0.28[6]
莫氏硬度 7
CAS號 7440-21-3
帶隙能量(300 K) 1.12 eV
最穩定同位素

主條目:矽的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
28Si 92.23% 穩定,帶14個中子
29Si 4.67% 穩定,帶15個中子
30Si 3.1% 穩定,帶16個中子
32Si 痕量 153 y β 13.020 32P

(舊訛作,中國大陸稱作)(Silicon)是一種化學元素,它的化學符號Si,它的原子序數是14,屬於元素週期表上IVA族的類金屬元素。矽原子有四個外圍電子,與同族的相比,矽的化學性質更為穩定。矽是極為常見的一種元素,然而它極少以單質的形式在自然界出現,而是以複雜的矽酸鹽二氧化矽的形式,廣泛存在於岩石、砂礫、塵土之中。矽在宇宙中的儲量排在第八位。在地殼中,它是第二豐富的元素,構成地殼總質量的25.7%,僅次於第一位的(49.4%)。

性狀[編輯]

結晶型的矽是暗黑藍色的,很脆,是典型的半導體。化學性質非常穩定。在常溫下,除氟化氫以外,很難與其他物質發生反應。

同素異形體[編輯]

同素異形體有兩種,一種為暗棕色無定形粉末,用使二氧化矽還原而得,性質比較活潑,能夠在空氣中燃燒,稱為無定形矽;另一種為性質穩定的晶體(結晶矽),是用炭在電爐中使二氧化矽還原而得。

石英,其主要成分為二氧化矽

發現[編輯]

1787年,拉瓦錫首次發現矽存在於岩石中。然而在1800年,戴維將其錯認為一種化合物。1811年,蓋-呂薩克Thénard可能已經通過將單質四氟化矽混合加熱的方法製備了不純的無定形矽。1823年,矽首次作為一種元素被貝采利烏斯發現,並於一年後提煉出了無定形矽,其方法與蓋-呂薩克使用的方法大致相同。他隨後還用反覆清洗的方法將單質矽提純

名稱由來[編輯]

英文中的silicon一詞,來自拉丁文silex, silicis,意思為燧石(即火石,富含矽元素)。

民國初期,西方化學知識傳入中國,當時的學者們考慮到silicon這種元素在土壤中居多,便參考畦(土壤之意)字將此元素音譯為「硅」而令其讀為「ㄒㄧˋ」(圭旁確可讀ㄒㄧ音,與當時的畦字同音。又,實際上「硅」本為「砉」之異體字,讀作ㄏㄨㄛˋ[7][8]。然而當時注音符號尚未推廣普及,一般大眾多誤讀為ㄍㄨㄟ。由於化學元素譯詞除中國原有命名者,多用音譯,化學學會注意到此問題,於是又創「矽」字避免誤讀。港台沿用「矽」字至今。

1953年2月,中國大陸的中國科學院召開了一次全國性的化學物質命名擴大座談會,有學者認為「矽」與另外的化學元素「」和「」同音,易混淆,應該修改。最終大會通過並公布改回原名字「硅」並讀「ㄍㄨㄟ」,不使用「硅」字的原本讀法ㄒ一ˋ。有趣的是,矽肺矽鋼片等民間常用詞彙至今仍常用矽字(在大陸讀作ㄒㄧ[9][10]。在香港,兩用法皆有,但「矽」較通用。

日文韓文中則稱之為「硅素」,也可寫成「珪素」。

分布[編輯]

矽主要以化合物的形式,作為僅次於的最豐富的元素存在於地殼中,約佔地表岩石的四分之一,廣泛存在於矽酸鹽矽石中。

製備[編輯]

工業上,通常是在電爐中由還原二氧化矽而製得:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

這樣製得的矽純度為97~98%,叫做粗矽。再將它融化後重結晶,用酸除去雜質,得到純度為99.7~99.8%的純矽。如要將它做成半導體用矽,還要將其轉化成易於提純的液體氣體形式,再經蒸餾、分解過程得到多晶矽。如需得到高純度的矽,則需要進行進一步的提純處理。

同位素[編輯]

已發現的矽的同位素共有12種,包括矽25矽36,其中只有矽28矽29矽30是穩定的,其他同位素都帶有放射性

用途[編輯]

矽是一種半導體材料,可用於製作半導體器件、太陽能電板和積體電路。還可以合金的形式使用(如矽鐵合金),用於汽車和機械配件。也與陶瓷材料一起用於金屬陶瓷中。還可用於製造玻璃混凝土耐火材料矽氧烷矽烷

化合物[編輯]

  • 碳化矽,用於半導體避雷針、電路元件、高溫應用、紫外光偵檢器、結構材料、天文、碟剎、離合器、柴油微粒濾清器、細絲高溫計、陶瓷薄膜、裁切工具、加熱元件、核燃料、珠寶、、護具、觸媒擔體等領域。
  • 二氧化矽,是石英的主要成分。在半導體和太陽能板等應用中,是目前主要的原料。
  • 矽烷,在醫學和工業領域有著廣泛的應用。
  • 四氯化矽,應用在半導體工業和光電池中。

參考[編輯]

  1. ^ Weeks, Mary Elvira. The discovery of the elements: XII. Other elements isolated with the aid of potassium and sodium: beryllium, boron, silicon, and aluminum. Journal of Chemical Education. 1932, 9 (8): 1386–1412. 
  2. ^ Voronkov, M. G. Silicon era. Russian Journal of Applied Chemistry. 2007, 80 (12): 2190. doi:10.1134/S1070427207120397. 
  3. ^ Ram, R. S. et al.. Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD. J. Mol. Spectr. 1998, 190: 341–352. PMID 9668026. 
  4. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Lide, D. R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  5. ^ Physical Properties of Silicon. New Semiconductor Materials. Characteristics and Properties. Ioffe Institute
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 [1] Hopcroft, et al., "What is the Young's Modulus of Silicon?" IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, 2010
  7. ^ 教育部異體字典-砉
  8. ^ 「硅」字的來歷和變遷,《清華人》2009-4期
  9. ^ 百度詞典_矽
  10. ^ 硅字的來歷和變遷