硅及其化合物

1、美國的硅谷——“斯坦?？蒲泄I(yè)區(qū)”是美國電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)中心，位于美國西海岸加利福尼亞州北部舊金山南郊，圣克拉拉縣和圣胡安兩城之間的一條長４８公里，寬１６公里的長條形地帶上。由于它集中了全世界９0％以上的著名半導(dǎo)體公司，而半導(dǎo)體的基本元件是硅片，所以該地區(qū)被稱為“硅谷”。,硅谷 　silicon valley,硅元素(silicon)在地殼中的含量,氧48.6%,硅26.3%,鋁7.73%,鐵4.75%,鈣3.45%,鈉2.74%,鉀2

2、.47%,鎂2.00%,氫0.16%,其他1.20%,硅26.3%,硅的存在與分布,存在：硅是親氧元素，沒有游離態(tài)，只有化合態(tài)（以氧化物和硅酸鹽的形式存在）分布：自然界中分布廣泛，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。,圖 4-1 硅的廣泛存在,硅和碳一樣,其原子既不易失去電子，也不易得到電子，所以硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,主要形成四價化合物．,C,Si,碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素,硅是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要元素,從原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識硅,硅有晶體硅和無定

3、形硅兩種同素異形體,物性：,化性：,1、灰黑色，有金屬光澤，硬而 脆的固體2、熔點(diǎn)高、硬度大,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下，與氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿反應(yīng)。加熱情況下，也能跟一些非金屬(Cl2 O2)反應(yīng)。,一、硅單質(zhì),1、與氟氣反應(yīng)：,2、與氫氟酸反應(yīng)：,3、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：,4、與氯氣反應(yīng)：,5、與氧氣反應(yīng),Si+2F2==SiF4,Si+4HF==SiF4↑+2H2 ↑,△,高溫,5.用途,晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間

4、,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料.,硅太陽能電池,電腦的中央處理器（CPU）,二氧化硅(SiO2),二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。天然二氧化硅也叫硅石，是一種堅(jiān)硬難熔的固體。,硅石,硅礦山,SiO2是硅最重要的化合物，天然存在的叫硅石，有晶體和無定形兩大類。,硅石,晶體（石英）,無定形（硅藻土）,水晶,瑪瑙,,石英是結(jié)晶的二氧化硅，包括水晶（無 色透明）和瑪瑙（彩色）。沙子中含有小粒的石英晶體。,（一

5、） SiO2,水晶,瑪瑙,瑪瑙,水晶,晶體二氧化硅,硅藻土　　由硅藻的細(xì)胞壁沉積形成，呈淺黃色或淺灰色，廣泛用做催化劑的載體及絕緣材料。全國10個省(區(qū))有硅藻土礦產(chǎn)出。僅次于美國，居世界第2位。在地區(qū)分 布上，以吉林最多，占全國儲量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。,無定形二氧化硅,純的二氧化硅是無色、堅(jiān)硬難熔的固體，熔沸點(diǎn)比較高，不溶于水，硬度比較大。,1.物理性質(zhì)：,二、二氧化硅,二氧化硅,,,,

6、Si,O,SiO2是正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此性質(zhì)很穩(wěn)定,,2.化學(xué)性質(zhì),不與水反應(yīng),SiO2 + CaO === CaSiO3,SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O,高溫,①是酸性氧化物具有酸性氧化物的通性，與堿及堿性氧化物反應(yīng),實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？,防止玻璃中的SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起。Na2SiO

7、3俗稱“泡花堿”，易溶于水，其水溶液俗名“水玻璃”，是一種礦物膠，可做黏合劑。,3、二氧化硅的用途 由于SiO2具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，加上SiO2在自然界的廣泛存在，因此從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。,石 英 制 品,水 晶 制 品,現(xiàn)代通信用光纜,光學(xué)纖維胃鏡,用光導(dǎo)纖維做無開刀手術(shù),光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈,光導(dǎo)纖維,硅酸鹽,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。,硅酸鈉（Na2SiO3), 其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和

8、木材防火劑等的原料。,是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。,硅酸鹽組成表示,,活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2O,Na2O ·SiO2,2MgO ·SiO2,CaO ·Al2O3 ·3SiO2·3H2O,傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料,硅酸鹽產(chǎn)品,,,陶瓷,水泥,玻璃,生產(chǎn)原料：黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：陶

9、瓷窯生產(chǎn)過程：混合-成型-干燥-燒結(jié)-冷卻主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、 絕緣、易成型,陶 瓷,生產(chǎn)原料：純堿、石灰石、石英 （Na2CO3、CaCO3、SiO2）生產(chǎn)設(shè)備：玻璃窯反應(yīng)原理：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,玻 璃,,有色玻璃,鋼化玻璃,加入了不同的金屬氧化物,普通玻璃加熱接近熔化再急速冷卻,玻璃,生產(chǎn)原料：石灰石、黏土

10、 （CaCO3、 Al2O3·2SiO2·2H2O ）生產(chǎn)設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分：3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3,水 泥,具有特殊功能的含硅物質(zhì),1、碳化硅（SiC俗稱金剛砂），具有金剛石的結(jié)構(gòu)。硬度很大，用作砂紙、砂輪的磨料。,2、硅 鋼（鐵合金

11、） 導(dǎo)磁性良好，用作變壓器鐵芯,3、硅橡膠,4、分子篩,,新型無機(jī)非金屬材料之一：,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷,新型陶瓷的用途之一:航天飛機(jī)的“防火衣”——防熱瓦,生產(chǎn)過程：使用硅土黏合劑將低密度非晶硅增強(qiáng)纖維粘合成長15cm，寬15cm，厚2~10cm的拱形瓦，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，再在表面涂上一層高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，就成了一塊防熱瓦,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用,防熱瓦的優(yōu)點(diǎn)：,耐熱（可承受>2000℃）防潮耐磨超群的隔熱能力反射太

12、陽光可重復(fù)使用,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用,航天飛機(jī),高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用,資料:,兩年半前，正是由于塑料泡沫部件在發(fā)射時撞壞了一片防熱瓦，導(dǎo)致美國的“哥倫比亞”號返航時在空中解體。,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷之所以在航天事業(yè)上的有如此優(yōu)秀的表現(xiàn),因?yàn)樗哂心透邷亍⒛脱趸?、超?qiáng)、超硬等優(yōu)點(diǎn)，它可以在各種惡劣環(huán)境下使用，同時，也是制造汽車發(fā)動機(jī)，噴氣發(fā)動機(jī)的理想材料，可以大大提高能源的利用率，可以使汽車跑得更快，飛機(jī)飛得更高。,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用,超導(dǎo)陶瓷：,

13、所謂超導(dǎo)現(xiàn)象就是金屬的電阻隨溫度的升高而增大，當(dāng)金屬的溫度降低時，它的電阻減小,當(dāng)溫度降到-269℃（液氮溫度，為4K）左右時，水銀的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象．我國研制的超導(dǎo)陶瓷的臨界溫度為77K，處于世界領(lǐng)先水平。,超導(dǎo)陶瓷,生物陶瓷,這種陶瓷強(qiáng)度大,韌性好,與人體親和力好，目前它是人體骨骼和牙齒的重要移植材料。在這一領(lǐng)域我國處于世界領(lǐng)先水平。,壓電陶瓷,利用陶瓷，還可實(shí)現(xiàn)多種功能互換。如安放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打即