发现之旅 |
|
|
说起金刚石,你一定不会忘记,尤其是它璀璨的外貌和立体网状的结构。今天,我们要说的主角不是金刚石,而是硅。 金刚石是碳的几种重要单质之一,而硅元素与碳元素处于同一主族,因而它们的单质之间还能找到一些相似的地方呢!
晶体结构
看到上面的图,你一定直接就联想到金刚石,并且对它的相关信息,你也会脱口而出。金刚石的结构,四个碳原子形成正四面体,C-C 键的键角呈 ……
你知道吗,晶体硅有着与金刚石相同的结构。四个硅原子形成正四面体的结构,两个硅原子间的键角是 ……
你是否会想,金刚石是天然形成的宝物,那么硅呢?它是否也象金刚石一样呢?
单质制备
硅在地壳中的含量仅次于氧,而排在第二位。硅元素在自然界中的存在,多是以化合态存在,如氧化物、硅酸盐等形式。这一点与碳元素在自然界中的存在有所不同,碳元素在自然界中有多种稳定的单质。
那么我们又如何能得到单质硅呢?
工业上,用单质碳做还原剂,将二氧化硅还原生成粗硅,进而再提纯获得晶体硅。
点击上图观看视频
|
|
深入思考 |
|
|
除了金刚石、晶体硅之外,还有两种物质的结构与其相似,它们是碳化硅(又称金刚砂)和二氧化硅。它们的结构也是立体网状结构。
在这几种物质中,原子间以共价键相结合,并形成空间网状结构,破坏它需要很大的能量。人们将这种晶体称为原子晶体,原子晶体具有高熔点、高沸点、高硬度。如金刚石熔点 3550 ℃,沸点 4827 ℃,是硬度最多的天然物质。二氧化硅晶体熔点 1723 ℃,沸点 2230 ℃,硬度很大。 |
|
二氧化硅晶体中,一个硅原子与 4 个氧原子相结合,每个氧原子与 2 个硅原子相结合形成立体网状结构。其中, Si-O-Si 键的键角是 不表示分子式,只表示二氧化硅晶体中 Si 与 O 的原子个数比是1︰2。
|
二氧化硅是酸性氧化物、硅酸的酸酐。化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应,不跟一般的酸起作用。能与氟化氢气体或氢氟酸反应生成四氟化硅气体。
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
有酸性氧化物的其它通性,高温下能与碱(强碱溶液或熔化的碱)反应生成盐和水。
常温下强碱溶液与SiO2缓慢地作用生成相应的硅酸盐。强碱溶液能腐蚀玻璃,故贮存强碱溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞,若采用玻璃塞(玻璃中含SiO2),会生成有粘性的硅酸钠,将玻璃瓶塞和瓶口粘结在一起。玻璃瓶内不能久放浓碱液。
高温下二氧化硅与碱性氧化物或某些金属的碳酸盐共熔,生成硅酸盐。
SiO2+CaO=CaSiO3(炼铁造渣)
将此高温下熔融状态的硅酸钠降温、冷却,可得石英玻璃,它有良好的透过紫外线性能,可作水银灯罩、耐高温的化学仪器、石英坩埚和光学仪器等。
|
|
学有所用 |
|
|
硅是一种性能优越的半导体材料,尤其是高纯硅,可以把许多电子器件集中在一小块硅片上,形成集成电路,从而半导体器件结构越来越精细,体积越来越小。因此,广泛应用在电子工业的各个领域中。 |
|
点击上图观看“人类跨入电子时代”视频 |
二氧化硅的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质,加上二氧化硅在自然界的广泛存在,从古到今都被人类广泛地应用着。
紫水晶
玛瑙
石英坩埚
|
沙场练兵 |
|
|
1.下列物质没有固定熔点的是( )
(A) (B)石英 (C)普通玻璃 (D)食盐
2.与普通玻璃成分相同的物质是( )
(A)石英玻璃 (B)水玻璃 (C)钢化玻璃 (D)光学玻璃
3.汽车、火车的窗玻璃是( )
(A)石英玻璃 (B)光学玻璃 (C)玻璃纤维 (D)钢化玻璃
4.下列有关玻璃的说法中错误的是( )
(A)普通玻璃的组成可表示为Na2O·CaO·6SiO2
(B)氢氟酸能腐蚀玻璃是因为它是最强的无氧酸
(C)钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4~6倍
(D)石英玻璃的膨胀系数相当于普通玻璃的1/18
5.硅酸铜钡是当今利用最新科学技术才能合成的一种物质。然而科学家惊奇地发现,我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟是硅酸铜钡。由以上事实推测关于硅酸铜钡的说法错误的是( )
(A)易溶于水
(B)难溶于水
(C)属于硅酸盐
(D)属于混合物
6.欲观察氢气燃烧的颜色,燃烧管的材料最好采用( )
(A)普通玻璃 (B)钾玻璃 (C)铜管 (D)石英玻璃
7.下列物质中没有固定熔点的是( )
(A)二氧化硅 (B)硅酸钠 (C)玻璃 (D)氢氧化钠
8.防毒面具中装有活性炭,它能抵抗多种毒气进攻,这是利用活性炭的( )
(A)还原性 (B)吸附性 (C)可燃性 (D)氧化性
9.钢化玻璃的重要用途是制造汽车车窗,合成钢化玻璃的主要原料是( )
(A)纯碱、石灰石、石英、硼砂 (B)纯碱、石灰石、石英
(C)石英 (D)纯碱、石灰石、石英、氧化铝
参考答案:
1.(C)。不具有固定熔点的物质是混合物,故选C
2.(C) 3.(D)
4.B提示:氢氟酸能腐蚀玻璃是因为HF易和SiO2反应生成SiF4,所以B选项错误,A、C、D 选项都是正确的。故选B。
5.A、D
6.D 7.C 8.B 9.B 提示:制钢化玻璃和普通玻璃的原料一样,不过把普通玻璃放入电炉里加热,使它软化,然后急速冷却,达到钢化玻璃。
|
|
|