矽

　　一種化學元素，化學符號Si，原子序數14，原子量28.0855，屬週期系ⅣA族。矽是一種非金屬元素，晶態矽有金屬光澤和某些金屬性，因此常被稱為準金屬元素。1823年J.J.貝采利烏斯首先分離和描述矽元素。元素名silicon來自拉丁文silicis，原意是“燧石”。

　　存在　矽約占地殼總重量的27.72％，其豐度僅次於氧。在自然界中，矽都以含氧化合物形式存在，其中最簡單的是矽和氧的的二元化合物叫做矽石SiO₂。石英、水晶、瑪瑙和燧石等是純矽石的變體，砂子和砂巖是不純矽石的變體。礦物和巖石中的矽氧化合物統稱天然矽酸鹽，較重要的有長石KAlSi₃O₈、高嶺土Al₂Si₂O₅(OH)₄、滑石Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂、雲母KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂、石棉H₄Mg₃Si₂O₉、鈉沸石Na₂(Al₂Si₃O₁₀)·2H₂O、石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)₃、鋯英石ZrSiO₄和綠柱石 Be₃Al₂Si₆O₁₈等。土壤、粘土和砂子是天然矽酸鹽巖石風化後的產物。

　　物理性質　矽有晶態和無定形兩種形式。晶態矽具有金剛石晶格，晶體硬而脆，熔點1410℃，沸點2355℃，密度2.32～2.34克／厘米³，莫氏硬度為7。無定形矽是一種灰黑色粉末，實際是微晶體。

　　晶態矽具有明顯的導電性，電導率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質。極純的晶態矽能夠隨著晶格中摻入微量雜質而大大增加其電導率，如果摻入缺電子的ⅢA族元素，如硼的原子，就形成所謂p型矽半導體，這種半導體因晶格中電子空位(或空穴)的遷移而增大電導率；如果摻入ⅤA族元素如磷、砷等原子，則形成n型矽半導體，這種半導體因晶格中多餘電子的遷移而增大電導率。

　　化學性質　矽的電子構型為(Ne)3s²3p²，氧化態為+4、＋2。矽在常溫下不活潑，與空氣、水和酸（除氫氟酸及其混合酸外）等都沒有明顯作用；在加熱下，能與鹵素反應生成四鹵化矽。650℃時矽開始與氧較完全地反應，但直到約1200℃時反應並不加快。單質矽在高溫下還能與碳、氮、硫等非金屬單質化合，分別生成碳化矽SiC、氮化矽Si₃N₄和硫化矽SiS₂等，但反應往往不完全。矽可間接生成一系列矽的氫化物，即矽烷。矽還能與鈣、鎂、銅、鐵、鉑、鉍等化合，生成相應的金屬矽化物。

　　單質矽能溶於濃硝酸和氫氟酸的混合酸，生成二氧化矽，進而溶解成四氟化矽。在氫氧化鈉（或鉀）的濃溶液中，單質矽能緩慢溶解，生成可溶性矽酸鹽溶液並放出氫氣。

　　矽是非金屬元素中電負性最小的一員，鮑林標度為1.8，常被稱為正電性最大的非金屬元素。在化合物中，它的氧化態通常為＋4；在特殊條件下為＋2，如氧化矽SiO等；在一些金屬的矽化物中出現負氧化態，如矽化鎂Mg₂Si。矽有親氟性和親氧性，四氟化矽和二氧化矽的標準生成焓特別大。無定形矽的化學性質比晶體矽活潑。

　　制法　實驗室裡用金屬鉀在高溫下還原氟矽酸鉀，再用水洗去生成的氟化鉀，即得單質矽。也可用鎂粉在赤熱下還原粉狀二氧化矽，用稀酸洗去生成的氧化鎂和鎂粉，再用氫氟酸洗去未作用的二氧化矽，即得單質矽。這兩種方法制得的都是不夠純凈的無定形矽，為棕黑色粉末。

　　工業上用碳在電爐內還原天然的二氧化矽原料來制取單質矽，溫度應高於矽的熔點。由於天然的二氧化矽常含有鐵、鋁、鈦等雜質，所以矽的純度隻有98％。用氫氟酸和硫酸的稀混合酸處理，可使純度有所提高。

　　高純的半導體矽可於1200℃時在熱矽棒上用氫氣還原高純的三氯氫矽SiHCl₃或四氯化矽SiCl₄而得。超純的單晶矽可通過區域熔煉法拉制。

　　應用　超純單質矽可作半導體材料。粗的單質矽及其金屬互化物組成的合金，常被用來增強鋁、鎂和銅等金屬的強度。矽鐵合金可作煉鋼的脫氧劑，含矽量較高的矽鋼常用於制造耐化學腐蝕的化工設備，矽鋼片可用於制發電機和變壓器。純度為98％～99％的矽是制備有機矽化合物、矽酮樹脂、矽酮橡膠和矽酮油類的原料。