硅和氢氧化钠反应

1

硅（Si）

硅guī（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，相对原子质量28.09，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族

的类金属元素。硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是

以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量

排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，仅次于第一位

的氧（49.4%）。

目录

原子硅

元素硅

总体特性

硅的用途

缺乏症

高硅症

工业制取纯硅

原子硅

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，按能级由低到高，

由里到外，层层环绕，这称为电子的壳

层结构。硅原子的核外电子第一层有2

个电子，第二层有8个电子，达到稳定

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作用。

正因为硅原子有如此结构，所以有其一些特殊的性质：最外层的4个价电子让硅

原子处于亚稳定结构，这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于共价键比较

结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除氟

化氢和碱液以外）发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及

金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质[3]。高纯硅电子转移.MP4

2

元素硅

元素描述：

晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色

密度2.32-2.34g/cm3

熔点1410℃，沸点2355℃

属于原子晶体，硬而有金属光泽，有半导

体性质

具有金刚石的晶体结构，电离能8.151电

子伏特。晶体硅的结构.flv

化学性质：在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应，在高温下能与

氧气等多种元素化合，不溶

于水、硝酸和盐酸，溶于氢

氟酸和碱液。[2]加热下能同

单质的卤素、氮、碳等非金

属作用，也能同某些金属如

Mg、Ca、Fe、Pt等作用生

成硅化物。

元素来源：

用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧化硅可得晶体硅。电子

工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。

元素用途：

用于制造高硅铸铁、硅钢等合金，有机硅化合物和四氯化

硅等；单晶硅是一种重要的半导体材料；掺有微量杂质得硅单

晶可用来制造大功率的晶体管，整流器和太阳

能电池等。阳光屋顶可发电.mp4

元素辅助资料：

硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切

有机生命的基础，那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为地

太阳能电池

硅钢合金

3

壳的主要部分都是由含硅的岩石层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐

组成。

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、蛋

白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是，硅与氧、碳不同，在自然界中没有

单质状态存在。这就注定它的发现比碳和氧晚。

拉瓦锡曾把硅土当成不可分割的物质——元素。

1823年，贝采里乌斯将氟硅酸钾（K

2

SiF

6

）与过量金属钾共热制得无定形硅。

尽管之前也有不少科学家也制得过无定形硅，但直到贝采里乌斯将制得的硅在氧气中

燃烧，生成二氧化硅——硅土，硅才被确定为一种元素。硅被命名为silicium，元素

符号是Si。

4

常用方程式

Si+2OH-+H

2

O==SiO

3

2-+2H

2

↑硅与氢氧化钠反应.mp4

SiO

2

+2OH-==SiO

3

2-+H

2

O

SiO

3

2-+2NH

4

++H

2

O==H

4

SiO

4

↓+2NH

3

↑

SiO

3

2-+CO

2

+2H

2

O==H

4

SiO

4

↓+CO

3

2-

SiO

3

2-+2H+==H

2

SiO

3

↓

SiO

3

2-+2H++H

2

O==H

4

SiO

4

↓硅酸的制取.flv

H

4

SiO

4

==H

2

SiO

3

+H

2

O

3SiO

3

2-+2Fe3+==Fe

2

(SiO

3

)

3

↓

3SiO

3

2-+2Al3+==Al

2

(SiO

3

)

3

↓

Na

2

CO

3

+SiO

2

=高温=Na

2

SiO

3

+CO

2

总体特性

元素属性

名称：硅

符号：Si

序号：14

系列：类金属

族：IVA族

周期：3

元素分区：p

密度：2330kg/m3

硬度：36.5

颜色和外表：深灰色、

带蓝色调

地壳含量：25.7%[2]

原子属性

原子量：28.0855原子量单位

原子半径：（计算值）110（111）pm

共价半径：111pm

范德华半径：210pm

价电子排布：[氖]3s23p2

电子在每能级的排布：2，8，4

5

氧化性（氧化物）：4（两性的）

晶体结构：面心立方[2]

物理属性

物质状态：固态

熔点：1687K（1414°C）

沸点：3173K（2900°C）

摩尔体积：12.06×10-6m3/mol

汽化热：384.22kJ/mol

熔化热：50.55kJ/mol

蒸气压：4.77帕（1683K）[2]

化学性质

分类：纯净物—化合物—氧化物—非金属氧化物—酸性氧化物

性质：可与氧气反应：Si+O

2

==(△)SiO

2

只与氢氟酸反应：Si+4HF==SiF

4

↑+H

2

↑

可与碱反应：Si+2OH-+H

2

O==SiO

3

2-+2H

2

↑

其他性质

电负性：1.90（鲍林标度）

比热：700J/(kg·K)

电导率：2.52×10-4/(米欧姆)

热导率：148W/(m·K)

第一电离能786.5kJ/mol

第二电离能1577.1kJ/mol

第三电离能3231.6kJ/mol

第四电离能4355.5kJ/mol

第五电离能16091kJ/mol

第六电离能19805kJ/mol

第七电离能23780kJ/mol

第八电离能29287kJ/mol

第九电离能33878kJ/mol

第十电离能38726kJ/mol[2]

硅的用途硅的用途.mp4

①、高纯的单晶硅是重要的半导体材料。

在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p

型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成

n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳

6

能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源

方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用

的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路

（包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用

硅做的原材料。[2]

②、金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复

合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和

陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用

于军事武器的制造。第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡

住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温，全靠它那三万一

千块硅瓦拼砌成的外壳。[2]

③、光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧

化硅拉制出高透明度

的玻璃纤维，激光在玻

璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替

了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么

细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话，它还

不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。

光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性

巨变。[2]光导纤维.MP4

④、性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑

料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问

题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风

吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，

因此永远洁白、清新。有机硅制品.FLV

有机硅化合物，是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的

化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当

作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-0-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化

合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。[2]

⑤、有机硅材料具有独特的结构：

（1）Si原子上充足的甲基将高能

量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；

（2）C-H无极性，使分子间相互作

用力十分微弱；

（3）Si-O键长较长，Si-O-Si键键

角大。

（4）Si-O键是具有50％离子键特

有机硅制品

7

征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性）。

由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、

粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐

氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广

泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业，

其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防

水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形

成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不

可少的。有机硅制造厨具用品.FLV

有机硅材料按其形态的不同，可分为：硅烷偶联剂（有机硅化学试剂）、硅油（硅

脂、硅乳液、硅表面活性剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等[2]

缺乏症

饲料中缺少硅可使动物生长迟缓。动物试验结果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同

时补充硅，有利于保护动物的主动脉的结构。另外，已确定血管壁中硅含量与人和动

物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期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，并且已知的危险因素都不能

充分解释这种不同。

高硅症

高硅饮食的人群曾发现局灶性肾小球肾炎，肾组织中含硅量明显增高。也有报道

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。经呼吸道长期吸入大量

含硅的粉尘，可引起矽肺。

工业制取纯硅制取高纯硅.mp4

工业上由二氧化硅制取纯硅有以下反应：

①SiO

2

+2C==Si+2CO↑

②Si(s)+3HCl(g)==（300℃）SiHCl3(g)+H2(g)；△H=-381kJ/mol

③SiHCl3(g)+H2(g)=(950℃)=Si(s)+3HCl(g)

参考资料：

1.介绍硅的性质和应用

/

2.硅的物理性质

/xz/xz1/

8

3.原子硅的性质及硅原子图片来源

/AMuum/ic/index_03_01_

二氧化硅

SiO

2

又称硅石。在自然界分布很广，如石英、石英砂等。白色或无色，含铁量较高的

是淡黄色。密度2.2～2.66g/cm3。熔点1670℃（鳞石英）；1710℃（方石英）。沸点22

30℃，相对介电常数为3.9。不溶于水微溶于酸，呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于

制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。二氧化硅.flv

目录

物理性质

化学性质

晶体结构

应用

危害

二氧化硅(SiO2)

silicondioxide

CAS号：7631-86-9

分子形状：四方晶系

摩尔质量:60.1g/mol-1

式量60.08

气相二氧化硅（俗称气相白碳黑）产品（翔正)为人工合成物无定形白色流动性粉

末，具有各种比表面积和容积严格的粒度分布，

是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无

嗅，无污染的非金属氧化物。其原生粒径介于

7～80nm之间，比表面积一般大于100m2／g。

由于其纳米效应，在材料中表现出卓越的补强、

增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性质，因

而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、

密封胶等高分子工业领域。

石英

9

自然状态下称硅石，是一种坚硬难溶的固体。它常以石英、鳞石英、方石英三种

变体出现。从地面往下16千米，几乎65％为二氧化硅的矿石。天然的二氧化硅分为

晶态和无定形两大类，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体，大而

透明的棱柱状石英为水晶。若含有微量杂质的水晶带有不同颜色，有紫水晶、茶晶、墨晶

等。普通的砂是细小的石英晶体，有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质少、较纯净)。

自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遗体，为白色固体或粉

末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强。

二氧化硅是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原

子晶体，整个晶体又可以看作是一个巨大分子，SiO

2

是最简

式，并不表示单个分子。

物理性质

密度2.32g/cm3，熔点1723±5℃，沸点2230℃。无定形二氧化硅为白色固体或

粉末。

化学性质二氧化硅的化学性质.flv

化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应。是酸性氧化物，不跟一般酸反应。气

态氟化氢或氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的强碱溶液或熔化的碱反

应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、

光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维，陶瓷等。

二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢和氢氟酸以外的卤

素、卤化氢和氢卤酸以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。

➢氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水

的氟硅酸：氢氟酸与玻璃反应.flv

SiO

2

＋4HF=SiF

4

↑＋2H

2

O

茶晶

墨晶

紫水晶

氢

氟

酸

试

剂

瓶

为

塑

料

瓶

10

➢二氧化硅与碱性氧化物：

SiO

2

＋CaO=（高温）CaSiO

3

➢二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液：

SiO

2

＋2NaOH=Na

2

SiO

3

＋H

2

O（盛碱的试

剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因）

➢在高温下，二氧化硅能被碳、镁、铝还原：

SiO

2

＋2C＝（高温）Si＋2CO↑

晶体结构

二氧化硅晶体中，硅原子的4个价电子与4个氧原子

形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原

子位于正四面体的4个顶角上，整个晶体是一个巨型分子，

SiO2是表示组成的最简式不表示单个二氧化硅分子，仅是

表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。

应用二氧化硅的用途.flv

二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光

学仪器、工艺品和耐火材料的原料。

当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水

的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生

石英岩。

石英块又名硅石，主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料，也是石英耐火材料和烧

制硅铁的原料。

玻璃各种玻璃.flv

平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光学玻璃、玻

璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料

陶瓷及耐火材料陶瓷.flv

瓷器的胚料和釉料，窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料

冶金

硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂

建筑水泥.flv

混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料（即水泥标

准砂）等

化工

硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，无定形二氧化硅微粉

机械

铸造型砂的主要原料，研磨材料（喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等）

电子

11

高纯度金属硅、通讯用光纤等

橡胶、塑料（可提高耐磨性）

涂料

填料（可提高涂料的耐候性）

危害

二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造

成危害。

二氧化硅的粉尘极细，比表面积达到100m2/g以上可以悬浮在空气中，如果人长

期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（因硅旧称为矽，硅肺旧称为矽肺）。

硅肺是一种职业病，它的发生及严重程度，取决于空气中粉尘的含量和粉尘中二

氧化硅的含量，以及与人的接触时间等。长期在二氧化硅粉尘含量较高的地方，如采

矿、翻砂、喷砂、制陶瓷、制耐火材料等场所工作的人易患此病。

因此，在这些粉尘较多的工作场所，因采取严格的劳动保护措施，采用多种技术

和设备控制工作场所的粉尘含量，以保证工作人员的身体健康。

参考资料：

1.《微电子制造科学原理与工程技术》曾莹严利人王纪民张伟等译

2.《TheScienceandEngineeringofMicroelectronicFabrication》美Stephen

ll高级中学教科书

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