硅单质及其化合物性质.ppt

关于硅单质及其化合物性质1.1硅元素1.2硅单质及其性质1.2.1硅的物理性质1.2.2硅的化学性质1.2.3硅的分类硅的用途硅的生长方法1.3硅化合物及其性质1.3.1二氧化硅1.3.2一氧化硅1.3.3硅的卤化物1.3.4硅烷1.4太阳电池的发展第2页,共25页，星期六，2024年，5月第3页,共25页，星期六，2024年，5月硅元素原子序数14，在自然界有三种同位素分别为质子数为28，29，30的原子。所占比例分别为92.23%，4.67%，3.10%，硅的原子量为28.025。硅元素在元素周期表第三周期IVA族,价电子数目与价电子轨道数相等,被称为等电子原子，电负性为1.90，原子的共价半径为117pm，硅主要氧化数为+4和+2。硅在地壳中的丰度为25.90%，仅次于氧，硅的含量在所有元素中居第二位，硅在自然界主要以氧化物形式（如硅酸盐矿石和石英砂）存在，不存在单质。1.1硅元素第4页,共25页，星期六，2024年，5月1.2贵单质及其性质1.2.1硅的物理性质硅晶体是原子晶体，是深灰色而带有金属光泽的晶体，它的熔点为1420℃，沸点为2355℃，莫氏硬度为6.5。硅晶体为脆性，密度为2.329克每立方厘米,比热为0.7J/(g.K)。硅晶体形成过程是硅原子中的价电子进行杂化，形成四个杂化轨道，相邻硅原子的杂化轨道相互重叠，以共价键结合，形成硅晶体。在常压下硅晶体具有金刚石型结构。硅单质是半导体，介于导体与绝缘体之间。硅晶体的共价键中电子在正常情况下是束缚在成键两原子周围，它们不会参与导电。因此在绝对温度零度（T=0K）和无外界激发的条件下，硅晶体没有自由电子存在。硅的电导率对外界因素（如光、热、磁等）高度敏感。室温下硅无延展性，属脆性材料。但在温度高于700℃时的硅具有热塑性，在应力作用下会呈现塑性形变,其内部存在的位错才开始移动或攀移。第5页,共25页，星期六，2024年，5月第6页,共25页，星期六，2024年，5月1.2.2硅的化学性质硅单质在常温下化学性质十分稳定，但在高温下，硅几乎与所有物质发生化学反应。硅容易同氧、氮物质发生作用，硅材料的一个重要优点就是硅表面很容易氧化，形成结构高度稳定的二氧化硅氧化层。它可以在400℃与氧发生反应,在1000℃与氮进行反应。硅在300℃与氯发生反应。在2273-2773K时硅能与碳反应。在1673K与氨反应：在高温下硅能与一些氧化物反应，如在1400℃以上能与二氧化硅反应：在1000℃能与水蒸汽反应：在常温下硅对多数酸是稳定的，硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸及王水。但硅却很容易被HF-HNO3混合液所溶解。因而，通常使用此类混合酸作为硅的腐蚀液。第7页,共25页，星期六，2024年，5月硅的一些化学方程式：Si＋SiO2＝2SiO高温Si＋2F2＝SiF4Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑第8页,共25页，星期六，2024年，5月1.2.3硅的分类及应用硅根据其杂质含量分为粗硅和高纯硅。粗硅的纯度约为95%-99%，又称为冶金级硅，其中含有各种杂质，如Fe、C、B、P等。主要用于铝硅合金(如作汽车发动机)。用来制备硅氧烷和有机硅化学品的也是这种规格。“冶金硅”的其它用途还包括炼钢、高温合金、铜合金和电接触材料，还是高纯硅的原料。高纯硅一般要求纯度达到小数点后面6个“9”至8个“9”的范围，一般用作半导体和太阳能电池。根据高纯硅掺入杂质不同又分为P型硅半导体和N型硅半导体。高纯硅根据晶型的不同又分为单晶硅、多晶硅和无定形硅。高纯硅根据用途不同可分为电子级硅和太阳能级硅。硅含量为99.9999%（6个9）的为太阳能级硅（SG），主要用于太阳能电池芯片的生产制造。纯度在99.999999999%（11个9）的为电子级硅（EG），主要用于半导体芯片制造。经过研究，人们发现，金属钽、钼、铌、钛、钒等即使在硅中含量极微，也会对电池的效率产生影响。，也不会对电池的转换效率产生明显影响，这就比对半导体级硅的要求放宽了100倍，因而人们可以尝试用成本较低的方法来制造太阳能电池级硅材料。第9页,共25页，星期六，2024年，5月硅材料科学与技术的卓有成效的发展在20世纪世界材料科学领域中无可非议地占据了极为重要的地位。1948年发明的半导体晶体管，导致电子设备小型、轻量、节能、低成本，