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。
(1)常温时,硅的化学性质不活泼,不能与硫酸、硝酸等反应,但能跟F2反应:
Si+2F2=SiF4;
(2) 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能跟HF作用:
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。
(3) 非金属单质跟碱作用一般无H2放出,但Si能跟强碱溶液作用放出H2:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。
(4) 还原性
在加热条件下,硅能与Cl2、O2、C等反应,反应的化学方程式为
Si+O2 ==SiO2。
Si+2Cl2==SiCl4
Si+C=高温=SiC
1. 微电子工业:硅单质是制造半导体器件和集成电路的关键材料,如晶体管、太阳能电池、电脑芯片等。
2. 建筑材料:硅单质与氧化钙、氧化铝等材料反应,生成硅酸盐产品,如水泥、陶瓷、砖瓦等。
3. 光伏产业:硅单质是太阳能电池板的核心材料,通过光生伏特效应将太阳能转化为电能。
4. 化工原料:硅单质是合成有机硅化合物的基础,有机硅化合物广泛应用于润滑剂、密封剂、粘合剂、涂料、塑料等领域。
5. 金属冶炼:硅单质作为还原剂,在冶金工业中用于提炼难熔金属,如铁、铜、铝等。
6. 精密铸造:硅单质与氧化硅反应生成的硅酸盐熔点高,流动性好,适用于精密铸造工艺。
7. 纺织品处理:硅单质氧化物形成的硅酸盐具有优良的耐热性和耐候性,可用于纺织品处理,提高织物的防水、防污、抗紫外线性能。
8. 玻璃和光学元件:硅单质是制造光学玻璃和光纤的重要原料,具有良好的透光性和折射率。
9. 精细化工:硅单质在化妆品、药品、食品等领域也有广泛应用,如硅油、硅胶等。
10. 航空航天:硅单质及其化合物在航空航天领域也有应用,如高温结构材料、防热涂层等。