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碳族元素
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硅的性质
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硅的根本物化性质
•晶体硅为灰黑色,无定形硅为黑色,结晶型的
硅为暗黑蓝色,密度2.32-2.34g·cm-3,熔点
1414℃,沸点2900℃,晶体硅属于原子晶体,硬
而有金属光泽,有半导体性质。硅的化学性质比
较活泼,在高温下能与氧等多种元素化合,不溶
于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液,用于制
造合金如硅铁、硅钢等,单晶硅是一种重要的半
导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器、太
阳能电池等。硅在自然界分布极广,地壳中约含
27.6%,含量仅次于氧,居第二位。
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元素发现史
•1787年,拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。
然而在1800年,戴维将其错认为一种化合
物。1811年,盖-吕萨克和Thénard可能已
经通过将单质钾和四氟化硅混合加热的方
法制备了不纯的无定形硅。1823年,硅首
次作为一种元素被贝采利乌斯发现,并于
一年后提炼出了无定形硅,其方法与盖-吕
萨克使用的方法大致相同。他随后还用反
复清洗的方法将单质硅提纯。
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硅的制备
注:最终产品虽然纯度较高,但假设需制备半导
体高纯硅仍要用区域熔炼的方法提纯。
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背景链接:区域熔炼法
•区域熔炼法是根据液固平衡原理,利用熔融
-固化过程以去除杂质的方法。区域熔融可把杂
质从一个元素或化合物中除掉,以到达提纯的目
的。也可把需要的杂质重新均匀分配于一个物质
中,以控制它的成分。区域熔融在纯化金属上是
最有用的方法。应用这种技术一般可使纯度到达
99.999%。
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区域熔融过程是将样品做成薄杆状,长度为0.6~3米或
更长。这个杆状物封闭在一个管内,水平或垂直地悬浮着。
一个能够加热的窄环套在它的周围。环的温度保持在这个固
体的熔点以上几度。窄环以极慢速度(1~3米/时)沿着杆状
物移动。在样品中,实际上等于一个窄的熔融区沿着杆状物
前进。区域的前边形成液体,而固体那么在后面沉淀出来。
较易熔于液相而难熔于固相的杂质,跟随这个熔融区。较难
熔于液相的,就留在后面。杂质的存在,能降低一种物质的
凝固点。熔融区向前移动时,更多的杂质就浓集在它后面凝
固的局部。操作终了时,把杆状物后端凝固的杂质,简单地
切去即可。经过屡次重复操作,可以到达高度纯化。环的操
作可以循环屡次,也可以同时使用几个环,这个过程叫做区
域精制。熔融区沿着杆状物前后移动,那么可降低成分的区
别,使这个物质恢复均匀性,这个过程叫做区域调平。
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硅与非金属单质的反响
请同学们写出上图中的所有方程式
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硅与酸反响
•硅遇到氧化性的酸发生钝化,可溶于HF-HNO3的
混合酸中
•3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O
•硅与氟化氢反响:
•Si+4HF=SiF4+2H2
•硅与氢氟酸反响:
•SiF4+2HF=H2SiF6
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硅与碱反响
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二氧化硅
•二氧化硅是无色晶体,硅原子和氧原子以SiO4四
面体的形式相互连接在一起,属于原子晶体,因此性
质与CO2差异很大
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