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硅的用途_百度文库

发布时间:2020-10-17 04:53 作者:扑克王app官网

  硅的用途_财会/金融考试_资格考试/认证_教育专区。白碳黑又称沉淀水合二氧化硅,是一种高科技的无机精细 化工产品,由液体硅酸钠与优质透明无机酸反应,经过滤 水洗干燥后制成。白碳黑对橡胶行业及塑料制品都是必不 可少的补强剂,增强剂。由于它具有不寻常的颗粒

  白碳黑又称沉淀水合二氧化硅,是一种高科技的无机精细 化工产品,由液体硅酸钠与优质透明无机酸反应,经过滤 水洗干燥后制成。白碳黑对橡胶行业及塑料制品都是必不 可少的补强剂,增强剂。由于它具有不寻常的颗粒特征, 是一种高纯度、粒子极小、无毒、无味、轻质二氧化硅, 表现出它有卓越的补强性,增稠性、消光性、分散性、绝 缘性、防粘性等,从而广泛地应用在橡胶、塑料、涂料、 化妆品、医药、农药、密封剂、造纸等很多工业领域,是 诸多的化工行业不可缺少的原材料之一,占主导地位。 二氧化硅广泛存在于自然界中,与其他矿物共同构成了岩 石。天然存在的二氧化硅也叫硅石,是一种坚硬难熔的固 体。 石英的主要成分也是二氧化硅,透明的石英晶体,就 是我们常说的水晶。 二氧化硅的化学性质 二氧化硅的化学性质不活泼,不与水反应,也不与酸 (氢氟酸除外)反应,但能与碱性氧化物或碱反应生成盐 例如: 高温 2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O CaO+SiO2===CaSiO3 二氧化硅的化学性质特点:SiO2 是酸性氧化物,是硅 酸的酸酐。然而 SiO2 与其它的酸性氧化物相比却有一些特 殊的性质。 (1)酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸,但 SiO2 却不能直接跟水化合。它所对应的水化物——硅酸, 只能用相应的可溶性硅酸盐跟酸反应制得(硅酸不溶于水 ,是一种弱酸,它的酸性比碳酸还要弱) 。 (2)酸性氧化物一般不跟酸作用,但 SiO2 却能跟氢 氟酸起反应,生成气态的四氟化硅。 SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O 普通玻璃、石英玻璃的主要成分是二氧化硅。因而 可用氢氟酸来腐蚀玻璃。用氢氟酸在玻璃上雕花刻字,实 验室里氢氟酸不能用含二氧化硅的玻璃、陶瓷、瓷器、陶 器盛放,一般可用塑料瓶。 (3)SiO2 与强碱溶液反应可生成水玻璃,它是一种 矿物胶,常用作粘合剂。所以实验室盛放碱溶液的试剂瓶 不用玻璃塞,而用橡胶塞。 二氧化硅的用途 二氧化硅的用途很广,目前已被使用的高性能通讯材 料光导纤维的主要原料就是二氧化硅。 一般较纯净的石英可用来制造石英玻璃。石英玻璃常 用于制造耐高温的化学仪器。 水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器,也用来 制成高级工业品和眼镜片等。 、 硅酸盐是构成岩石和土壤的主要成分。硅酸盐的种类很多 ,结构也很复杂,通常用氧化物的形式来表示其组成。例 如: 硅酸钠 Na2SiO3(Na2OSiO2)高岭石 Al2 (Si2O5)(OH)4 (Al2O32SiO22H2O) 硅酸盐大多数都不溶于水。可溶性硅酸盐中,最常见的是 Na2SiO3,它的水溶液俗名水玻璃。水玻璃是无色粘稠的液 体,是一种矿物胶,它既不能燃烧又不受腐蚀,在建筑工业 上可用作粘合剂等,木材浸过水玻璃后,具有防腐性能,且 不易着火。水玻璃还可用作耐火材料。 粘土的主要成分也是硅酸盐。粘土的种类很多,常见的有 高岭土和一般粘土。粘土是制造陶瓷器的主要原料(高岭 土又叫瓷土,是制造瓷器的主要原料,因最初在我国江西的 景德镇附近的高岭发现而得名)。 沉淀二氧化硅是用沉淀法制备的白炭黑,白炭黑为白色 疏松粉末、粒子极细、质轻、松密度小、比表面积大、吸 附容量和分散能力都很大。沉淀法生产的白炭黑比表面积 一般都在 200m2/g 以上。 白炭黑中 90%以上 SiO2,还含有极少量的 Fe2O3、MnO2、 Al2O3、MgO、TiO2、CaO 等,还有大约 3%左右的水分。 白炭黑具有与炭黑类似的补强性能,是橡胶工业上不可缺 少的补强材料,广泛用于轮胎、橡胶制品、树脂、涂料、 油墨、农药、造纸、制药等工业领域。目前我国 90%以上 的白炭黑用于橡胶行业,其中 60%用于制鞋业。 金属硅的用途:金属硅(Si)是工业提纯的单质硅,主要 用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特 殊用途的合金等。 (1)生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅 硅橡胶弹性好,耐高温,用于制作医疗用品、耐高温 垫圈等。 硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。 硅油是一种油状物,其粘度受温度的影响很小,用于 生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等,还可 加工成无色透明的液体,作为高级防水剂喷涂在建筑物表 面。 (2)制造高纯半导体 现代化大型集成电路几乎都是用高纯度金属硅制成的 ,而且高纯度金属硅还是生产光纤的主要原料,可以说金 属硅已成为信息时代的基础支柱产业。 (3)配制合金 硅铝合金是用量最大的硅合金。硅铝合金是一种强复 合脱氧剂,在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率, 并可净化钢液,提高钢材质量。硅铝合金密度小,热膨胀 系数低,铸造性能和抗磨性能好,用其铸造的合金铸件具 有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性,可大大提高 使用寿命,常用其生产航天飞行器和汽车零部件。 硅铜合金具有良好的焊接性能,且在受到冲击时不易 产生火花,具有防爆功能,可用于制作储罐。 钢中加入硅制成硅钢片,能大大改善钢的导磁性,降 低磁滞和涡流损失,可用其制造变压器和电机的铁芯,提 高变压器和电机的性能。 随着科学技术的发展,金属硅的应用领域还将进一步扩大 金属硅的主要产区:金属硅主要分布在西南地区的云南, 四川,贵州,广西,华中的湖南,湖北,华东的福建地区 ,东北地区主要是黑龙江的黑河,临江地带,吉林和辽宁 ,内蒙古,其中陕西青海等地也有厂家生产 硅(台湾、香港称矽)是一种化学元素,它的化学符号 是 Si,旧称矽。原子序数 14,相对原子质量 28.09,有无 定形和晶体两种同素异形体,同素异形体有无定形硅和结 晶硅。属于元素周期表上 IVA 族的类金属元素。 晶体硅为钢灰色,无定形硅为黑色,密度 2.4g/cm3 ,熔点 1420℃,沸点 2355℃,晶体硅属于原子晶体,硬而 有光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温 下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶 于氢氟酸和碱液,用于造制合金如硅铁、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%,主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在 结晶型的硅是暗黑蓝色的,很脆,是典型的半导体。化学 性质非常稳定。在常温下,除氟化氢以外,很难与其他物 质发生反应。 硅的用途: ①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微 量的第 IIIA 族元素,形成 p 型硅半导体;掺入微量的第 VA 族元素,形成 n 型和 p 型半导体结合在一起,就可做成太阳 能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很 有前途的材料。 ②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧 结,制成金属陶瓷复合材料,它耐高温,富韧性,可以切 割,既继承了金属和陶瓷的各自的优点,又弥补了两者的 先天缺陷。 可应用于军事武器的制造第一架航天飞机“ 哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高 温,全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。 ③光导纤维通信,最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉 制出高透明度的玻璃纤维,激光在玻璃纤维的通路里,无 数次的全反射向前传输,代替了笨重的电缆。光纤通信容 量高,一根头发丝那么细的玻璃纤维,可以同时传输 256 路电话,它还不受电、磁干扰,不怕窃听,具有高度的保 密性。光纤通信将会使 21 世纪人类的生活发生革命性巨 变。 ④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防 水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅,可以一劳永逸 地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表,涂一层薄薄的 有机硅塑料,可以防止青苔滋生,抵挡风吹雨淋和风化。 广场上的人民英雄纪念碑,便是经过有机硅塑料处 理表面的,因此永远洁白、清新。 有机硅化合物,是指含有 Si-O 键、且至少有一个有机基是 直接与硅原子相连的化合物,习惯上也常把那些通过氧、 硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅 化合物。其中,以硅氧键(-Si-0-Si-)为骨架组成的聚 硅氧烷,是有机硅化合物中为数最多,研究最深、应用最 广的一类,约占总用量的 90%以上。 有机硅材料具有独特的结构: (1) Si 原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽 起来; (2) C-H 无极性,使分子间相互作用力十分微弱; (3) Si-O 键长较长,Si-O-Si 键键角大。 (4) Si-O 键是具有 50%离子键特征的共价键(共价键具 有方向性,离子键无方向性) 。 由于有机硅独特的结构,兼备了无机材料与有机材料的性 能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透 性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳 定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理 惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑 、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,其中有 机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱 模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅 数量和品种的持续增长,应用领域不断拓宽,形成化工新 材料界独树一帜的重要产品体系,许多品种是其他化学品 无法替代而又必不可少的。 有机硅材料按其形态的不同,可分为:硅烷偶联剂 (有机硅化学试剂) 、硅油(硅脂、硅乳液、硅表面活性 剂) 、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等 。 发现 1822 年,瑞典化学家白则里用金属钾还原四氟化硅,得到 了单质硅。 名称由来 源自英文 silica,意为“硅石”。 分布 硅主要以化合物的形式,作为仅次于氧的最丰富的元素存 在于地壳中,约占地表岩石的四分之一,广泛存在于硅酸 盐和硅石中。 制备 工业上,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。 化学反应方程式: SiO2 + 2C → Si + 2CO 这样制得的硅纯度为 97~98%,叫做金属硅。再将它融化后 重结晶,用酸除去杂质,得到纯度为 99.7~99.8%的金属硅 。如要将它做成半导体用硅,还要将其转化成易于提纯的 液体或气体形式,再经蒸馏、分解过程得到多晶硅。如需 得到高纯度的硅,则需要进行进一步的提纯处理。 同位素 已发现的硅的同位素共有 12 种,包括硅 25 至硅 36,其中只 有硅 28,硅 29,硅 30 是稳定的,其他同位素都带有放射性 。 用途 硅是一种半导体材料,可用于制作半导体器件和集成电路 。还可以合金的形式使用(如硅铁合金),用于汽车和机械 配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造 玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。 硅的特性 铝 - 硅 - 磷 元素周期表 总体特性 名称, 符号, 序号 硅、Si、14 系列 类金属 族, 周期, 元素分区 14 族(IVA), 3, p 密度、硬度 2330 kg/m3、6.5 颜色和外表 深灰色、带蓝色调 地壳含量 25.7% 原子属性 原子量 28.0855 原子量单位 原子半径(计算值) 110(111)pm 共价半径 111 pm 范德华半径 210 pm 价电子排布 [氖]3s23p2 电子在每能级的排布 2,8,4 氧化价(氧化物) 4(两性的) 晶体结构 面心立方 物理属性 物质状态 固态 熔点 1687 K(1414 ° C) 沸点 3173 K(2900 ° C) 摩尔体积 12.06× 10-6m3/mol 汽化热 384.22 kJ/mol 熔化热 50.55 kJ/mol 蒸气压 4.77 帕(1683K) 声速 无数据 其他性质 电负性 1.90(鲍林标度) 比热 700 J/(kg· K) 电导率 2.52× 10-4 /(米欧姆) 热导率 148 W/(m· K) 第一电离能 786.5 kJ/mol 第二电离能 1577.1 kJ/mol 第三电离能 3231.6 kJ/mol 第四电离能 4355.5 kJ/mol 第五电离能 16091 kJ/mol 第六电离能 19805 kJ/mol 第七电离能 23780 kJ/mol 第八电离能 29287 kJ/mol 第九电离能 33878 kJ/mol 第十电离能 38726 kJ/mol 最稳定的同位素 同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量 MeV 衰变产物 28Si 92.23 % 稳定 29Si 4.67 % 稳定 30Si 3.1 % 稳定 32Si 人造 276 年 β 衰变 0.224 32P 核磁公振特性 29Si 核自旋 1/2 元素名称:硅 元素原子量:28.09 元素类型:非金属 发现人:贝采利乌斯 发现年代:1823 年 发现过程: 1823 年,瑞典的贝采利乌斯,用氟化硅或氟硅酸钾与钾共 热,得到粉状硅。 元素描述: 由无定型和晶体两种同素异形体。具有明显的金属光泽, 呈灰色,密度 2.32-2.34 克/厘米 3,熔点 1410℃,沸点 2355℃,具有金刚石的晶体结构,电离能 8.151 电子伏特 。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。硅在自然界分布很广,在地壳中的原子百分含量为 16.7%。是组成岩石矿物的一个基本元素,以石英砂和硅 酸盐出现。 元素来源: 用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧 化硅可得晶体硅。电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原 三氯氢硅或四氯化硅而制得。 元素用途: 用于制造高硅铸铁、硅钢等合金,有机硅化合物和四氯化 硅等,是一种重要的半导体材料,掺有微量杂质得硅单晶 可用来制造大功率的晶体管,整流器和太阳能电池等。 元素辅助资料: 硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成 一切有机生命的基础,那么硅对于地壳来说,占有同样的 位置,因为地壳的主要部分都是由含硅的岩石层构成的。 这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。 长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类; 水晶、玛瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子以及燧石等等都 是硅石。但是,硅与氧、碳不同,在自然界中没有单质状 态存在。这就注定它的发现比碳和氧晚。 拉瓦锡曾把硅土当成不可分割的物质——元素。 1823 年,贝齐里乌斯将氟硅酸钾(K2SiF6)与过量金属钾 共热制得无定形硅。尽管之前也有不少科学家也制得过无 定形硅,但直到贝齐里乌斯将制得的硅在氧气中燃烧,生 成二氧化硅——硅土,硅才被确定为一种元素。硅被命名 为 silicium,元素符号是 Si。 硅是一种半导体材料,可用于制作半导体器件和集成电路 。还可以合金的形式使用(如硅铁合金),用于汽车和机械 配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造 玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。 造房子用的砖、瓦、砂石、水泥、玻璃,吃饭,喝水 用的瓷碗、水杯,洗脸间的洁具,它们看上去截然不同, 其实主要成分都是硅的化合物。虽然人们早在远古时代便 使用硅的化合物粘土制造陶器。但直到 1823 年,瑞典化学 家贝采利乌斯才首次分离出硅元素,并将硅在氧气中燃烧 生成二氧化硅,确定硅为一种元素。中国曾称它为矽,因 矽和锡同音,难于分辨,故于 1953 年将矽改称为硅。硅是 一种非金属元素,化学符号是 Si。它是构成矿物与岩石的 主要元素。在自然界硅无游离状态,都存在于化合物中。 硅的化合物主要是二氧化硅(硅石)和硅酸盐。例如,花 岗岩是由石英、长石、云母混合组成的,石英即是二氧化 硅的一种形式,长石和云母是硅酸盐。砂子和砂岩是不纯 硅石的变体,是天然硅酸盐岩石风化后的产物。硅约占地 壳总重量的 27.72%,其丰度仅次于氧。 硅是非金属元素,有无定形和晶体两种同素异形体, 晶体硅具有金属光泽和某些金属特性,因此常被称为准金 属元素。硅是一种重要的半导体材料,掺微量杂质的硅单 晶可用来制造大功率晶体管、整流器和太阳能电池等。二 氧化硅(硅石)是最普遍的化合物,在自然界中分布极广 ,构成各种矿物和岩石。最重要的晶体硅石是石英。大而 透明的石英晶体叫水晶,黑色几乎不透明的石英晶体叫墨 晶。石英的硬度为 7。石英玻璃能透过紫外线,可以用来 制造汞蒸气紫外光灯和光学仪器。自然界中还有无定形的 硅,叫做硅藻土,常用作甘油炸药(硝化甘油)的吸附体 ,也可作绝热、隔音材料。普通的砂子是制造玻璃、陶瓷 、水泥和耐火材料等的原料。硅酸干燥脱水后的产物为硅 胶,它有很强的吸附能力,能吸收各种气体,因此常用来 作吸附剂、干燥剂和部分催化剂的载体


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