硅理化性质

硅理化性质

2018/06/19348 作者：佚名

导读： 物理性质有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。系列类金属族ⅣA族周期3元素分区p区密度2328.3 kg/m³常见化合价+4硬度6.5地壳含量25.7%弹性模量190GPa(有些文献中为这个值)密度2.33g/

物理性质

硅原子结构三维图有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。

系列	类金属
族	ⅣA族
周期	3
元素分区	p区
密度	2328.3 kg/m³
常见化合价	+4
硬度	6.5
地壳含量	25.7%
弹性模量	190GPa(有些文献中为这个值)
密度	2.33g/cm³(18℃)
熔点	1687K(1414℃)
沸点	3173K(2900℃)
摩尔体积	12.06×10⁻⁶m³/mol
汽化热	384.22kJ/mol
熔化热	50.55 kJ/mol
蒸气压	4.77Pa(1683K)
间接带隙	1.1eV (室温)
电导率	2.52×10⁻⁴ /(米欧姆)
电负性	1.90(鲍林标度)
比热	700 J/(kg·K)

原子核外电子排布:1s²2s²2p⁶ 3s²3p²;

晶胞类型:立方金刚石型;

晶胞参数:20℃下测得其晶胞参数a=0.543087nm;

颜色和外表: 深灰色、带蓝色调;

采用纳米压入法测得单晶硅(100)的E为140~150GPa;

电导率:硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480℃左右达到最大，而温度超过1600℃后又随温度的升高而减小。

电负性	1.90(鲍林标度)
热导率	148 W/(m·K)
第一电离能	786.5 kJ/mol
第二电离能	1577.1 kJ/mol
第三电离能	3231.6 kJ/mol
第四电离能	4355.5 kJ/mol
第五电离能	16091 kJ/mol
第六电离能	19805 kJ/mol
第七电离能	23780 kJ/mol
第八电离能	29287 kJ/mol
第九电离能	33878 kJ/mol
第十电离能	38726 kJ/mol

同位素:

符号	Z(p)	N(n)	质量(u)	半衰期	原子核自旋	相对丰度	相对丰度的变化量
22Si	14	8	22.03453(22)#	29(2)ms	0+
23Si	14	9	23.02552(21)#	42.3(4)ms	3/2+#
24Si	14	10	24.011546(21)	140(8)ms	0+
25Si	14	11	25.004106(11)	220(3)ms	5/2+
26Si	14	12	25.992330(3)	2.234(13)s	0+
27Si	14	13	26.98670491(16)	4.16(2)s	5/2+
28Si	14	14	27.9769265325(19)	稳定	0+	0.92223(19)	0.92205-0.92241
29Si	14	15	28.976494700(22)	稳定	1/2+	0.04685(8)	0.04678-0.04692
30Si	14	16	29.97377017(3)	稳定	0+	0.03092(11)	0.03082-0.03102
31Si	14	17	30.97536323(4)	157.3(3)min	3/2+
32Si	14	18	31.97414808(5)	170(13)a	0+
33Si	14	19	32.978000(17)	6.18(18)s	(3/2+)
34Si	14	20	33.978576(15)	2.77(20) s	0+
35Si	14	21	34.98458(4)	780(120) ms	7/2-#
36Si	14	22	35.98660(13)	0.45(6)s	0+
37Si	14	23	36.99294(18)	90(60)ms	(7/2-)#
38Si	14	24	37.99563(15)	90# ms [>1 µs]	0+
39Si	14	25	39.00207(36)	47.5(20) ms	7/2-#
40Si	14	26	40.00587(60)	33.0(10) ms	0+
41Si	14	27	41.01456(198)	20.0(25) ms	7/2-#
42Si	14	28	42.01979(54)#	13(4) ms	0+
43Si	14	29	43.02866(75)#	15# ms [>260 ns]	3/2-#
44Si	14	30	44.03526(86)#	10# ms	0+

备注:1.画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。

2.有三种天然的稳定同位素Si(92.2%)、Si(4.7%)和Si(3.1%)，还有质量数为25、26、27、31和32的人工放射性同位素。

3.硅(原子质量单位: 28.0855，共有23种同位素，其中有3种同位素是稳定的。

化学性质

Si的热力学数据(来源于JANAF表格) 硅有明显的非金属特性，可以溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生(偏)硅酸盐和氢气。

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，按能级由低硅原子到高，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。

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。不溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。

分类:纯净物、单质、非金属单质。

(1)与单质反应:

Si + O₂ == SiO₂，条件:加热

Si + 2F₂ == SiF₄

Si + 2Cl₂ == SiCl₄，条件:高温

(2)高温真空条件下可以与某些氧化物反应:

2MgO + Si=高温真空 =Mg(g)+SiO₂(硅热还原法炼镁)

(3)与酸反应:

只与氢氟酸反应:Si + 4HF == SiF₄↑ + 2H₂↑

(4)与碱反应:Si + 2OH⁻+ H₂O == SiO₃²⁻+ 2H₂↑(如NaOH，KOH)

注意:硅、铝是既能和酸反应，又能和碱反应，放出氢气的单质。