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Og(未知特性)
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
Silicon」的各地常用別名
中國大陸
港臺

英語:Silicon,台灣、港澳稱作,舊訛作,中國大陸稱作)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)。在1817年,Thomas Thomson創造了這個名詞。

在1823年純化出來後,永斯·貝采利烏斯利用新拉丁文規則造出silicium這個單字,再加上-ium字根,以代表它是一種金屬。歐洲許多國家都採用silicium這個名稱,但英文名稱最終採用了在1817年提出的silicon這個拼法,去除了代表金屬的-ium字根,因為它的物理特性更接近於(carbon)與(boron)這一類元素。

1837年,日本第一部西方化學譯著,宇田川榕庵的《舎密開宗》中首先以「珪土」作為矽元素的名稱。[7]該書譯自荷蘭語,由於當時荷蘭語矽的元素名為「keiaarde」,是「keisteen-aarde」(燧石土)的縮略,日本就專門找了一個玉字旁的同音字「珪」(日語:けい,漢語:ㄍㄨㄟ,是「圭」的異體字)來音譯「kei」。因此「keisteen」就譯成「珪石」,作為SiO2的名稱[8]。由於當時荷蘭語中的等元素都是以「aarde」(土)結尾,因此日語也分別照譯成苦土、礬土、珪土、重土。[7][8]後來日本摒棄了荷蘭語的「土」,改譯為「珪素」。19世紀後期,出現了「硅素」的寫法,[9]不過19世紀末日本規定以「珪素」為準。「珪/硅」進入中國是20世紀初。[10]由於它屬於固態非金屬元素,所以中國採用了石字旁的寫法(「燐」改成「」也是同理)。[11]「硅」字古也有之,是「砉」的異體字,讀作ㄏㄨㄛˋ[12][13],與今義無關。

「矽」一字的出現是在1871年,中國第一部西方化學譯著,中國近代化學的啟蒙者徐壽的《化學鑑原》中作為矽元素(silicon)的音譯[14]。20世紀初,中國「硅」、「矽」混用。直到1933年教育部公布《化學命名原則》,將矽元素的譯名定為「矽」,其中寫道「Silicon 舊譯一作硅,一作矽,硅由日名珪素孳演而成,因爲固體,故改王旁爲石;於義旣無可取,不如用諧聲之矽」。[11]

中國科學院於1953年2月在北京組織召開了一次全國性的化學物質命名擴大座談會。會議邀集全國各地的化學專家以及從事文字改革工作的學者參加。據會議紀要顯示,當日會場上圍繞矽字等同音字是否需要變更有著兩種不同的看法。一派是以顧翼東方柏容劉澤先三位先生為代表,主張改;另一派則以符綬璽侯毓汾二位先生為代表,主張不改。[15]座談會結束後不久,《化學通報》連載了化學名詞審查小組成員陶坤的文章——《化學新字的讀音》上、下兩篇。在下篇中,陶文宣布將矽字改為硅字,在註解中他是這樣陳述更改理由的:「矽音夕,與硒、烯、醯、錫不易分辨」。[16]真正全國性的統一變更是在1957年。這一年,中國科學院編譯出版委員會名詞室下發《關於幾個化學名詞訂名問題的通知》,正式宣布廢矽改硅的決定。這一通知中提到了審定理由和過程:「1953年化學名詞審查小組建議將『矽』改為『硅』,1955年,無機化合物名詞審查小組認為此項建議甚為正確,在徵求全國各有關單位意見後,決議將『矽』改為『硅』。」[17]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[18][19]。在香港,兩用法皆有,但「矽」較通用。

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,約占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。

參考資料[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.; 等. Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD (PDF). 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. ^ 7.0 7.1 宇田川榕菴. 舎密開宗. 1837. 
  8. ^ 8.0 8.1 古逢平. 「硅」「矽」新考. 2016-09-07 [2016-09-07]. 
  9. ^ 太田泰弘, 孫麗平. 關於「珪素、硅素」的溯源[J]. 中國科技術語. 2013, 15 (3): 58-59. 
  10. ^ 邵靖宇. 關於「硅」和「矽」來歷的補充[J]. 中國科技術語. 2008, 10 (4): 64. 
  11. ^ 11.0 11.1 國立編譯館. 化學命名原則. 國立編譯館. 1933. 
  12. ^ 教育部異體字典-砉
  13. ^ 「硅」字的來歷和變遷,《清華人》2009-4期
  14. ^ 徐壽. 化學鑑原. 1871. 
  15. ^ 王力. 廢矽改硅:避免中譯化學名詞同音字的一次選擇. 2015-01-08 [2016-09-07]. 
  16. ^ 陶坤. 化學新字的讀音(下)[J]. 化學通報. 1953, (8): 359. 
  17. ^ 中國科學院編譯出版委員會名詞室. 關於幾個化學名詞訂名問題的通知[J]. 化學通報. 1957, (1): 70. 
  18. ^ 百度詞典_矽
  19. ^ 硅字的來歷和變遷