1、第四章 材料家族中的元素,4.1硅 无机非金属材料,元素周期表,半导体,一、硅（Silicon）,1、含量和存在在地壳中，硅的含量居第二位，仅次于氧自然界中，硅无游离态存在，只以化合态存在（以SiO2或硅酸盐的形式存在）是构成矿物和岩石的主要成分,半导体材料：指导电能力介于 和 之间的一类材料，最早使用的半导体材料是 ，现在最广泛使用的半导体材料是,导体,绝缘体,锗,硅,氧48.6%,硅26.3%,铝7.73%,铁4.75%,钙3.45%,钠2.74%,钾2.47%,镁2.00%,氢0.16%,其他1.20%,硅,半导体材料。,硅有晶体硅和无定形硅两种单质,二、硅单质（Si）,1.物理性质 灰
2、黑色，硬而脆，有金属光泽的固体，熔点、沸点高，硬度大，,2.硅的原子结构,碳是构成有机物的主要元素,硅是构成岩石与许多矿物的基本元素,Si,C,因为硅和碳一样,其原子既不易失去又不易得到电子,主要形成四价的化合物.,所以常温下，碳、硅单质的化学性质不活泼,3.化学性质,常温下，化学性质稳定，只与强碱、氢氟酸、 氟气反应,Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2,Si + O2 SiO2,（唯一与NaOH 溶液反应放出H2的非金属单质）,经蒸馏提纯后，再用氢气还原制得纯硅。,4、硅的制备,工业上先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅,然后将粗硅在高温下跟氯气 反应生成一种液
3、态物质。,5、用途：,集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。,三、二氧化硅（SiO2）,1.存在：广泛存在与自然界，是沙子、石英的主要成分。天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的二氧化硅.,石英,水晶,玛瑙,2 物理性质,坚硬难熔的固体，熔沸点比较高，不溶于水，硬度比较大。,水晶,水晶,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,基本结构单元为硅氧四面体Si2O4，晶体中不存在二氧化硅分子，SiO2是化学式不是分子式。,（1）、酸性氧化物,b、常温下、与NaOH溶液缓慢反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,3、
4、化学性质：,4、用途：,光导纤维石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品,光纤视频,玛瑙饰品,练一练,1下列叙述中，正确的是A自然界中存在大量单质硅 B硅元素是形成地壳的主要元素，在地壳中的含量占第一位C纯硅可以通过下列反应制得：SiO2+2CSi+2CO D单晶硅是良好的半导体材料,1下列叙述中，正确的是A自然界中存在大量单质硅 B硅元素是形成地壳的主要元素，在地壳中的含量占第一位C纯硅可以通过下列反应制得：SiO2+2C=Si+2CO D单晶硅是良好的半导体材料,D,2、下列物质中，不能与二氧化硅反
5、应的是（ ） A、烧碱 B、氢氟酸 C、硝酸 D、生石灰,c,四、硅酸（H2SiO3),（1）制取：,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,白色胶状,强酸制弱酸,（2）性质：, 白色粉末，难溶, 弱酸性(酸性 H2SiO3 H2CO3) 不能使指示剂变色, 脱水形成硅胶,Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,（用作干燥剂）,原理,思考：二氧化硅不溶于水，如何由二氧化硅制取硅酸？,五、硅酸盐（由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称）,1、一般不溶于水，性质稳定。,3、硅酸钠（Na2SiO3）：白色固体，可溶，其水溶液（无色）俗称水玻璃、泡花碱，具有一定黏性,2、
6、用氧化物形式表示硅酸盐的方法：,表示成氧化物形式的顺序是： 金属氧化物二氧化硅水,例如：高岭石Al2（Si2O5）（OH）4,与酸反应：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、应用橡胶塞,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,4、无机非金属材料：,主要包括：玻璃、陶瓷、无机非金属涂层等。,特点：耐高温、硬度高、抗腐蚀；有的还有独特的光电特性,（1）传统无机非金属材料：以硅酸盐为主要成分，包括玻璃、水泥、陶瓷等。,（2）新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。,（1）陶瓷(人类应用最早的硅酸盐材料）,硅酸盐的丰富性和多样性,人面鱼纹盆(陶瓷),砖瓦(陶瓷),（2）玻璃,1、原料： 纯碱、石灰石和石英,3、主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 （Na2OCaO6SiO2）,2、原理：,玻璃:普通玻璃: Na2OCaO6SiO2,（3）水泥：,1、主要原料：粘土和石灰石,2、主要设备：水泥回转窑,3、生产过程：生料研磨，高温煅烧得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸盐水泥,4、特性：水硬性,本节内容小结：,3.硅酸盐及无机硅酸盐材料,
