【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。??

第六章硅和硅的化合物

§6-1硅

【01】硅是一種非金屬元素。構成地殼的巖石和許多礦物中都含有硅元素。所以它在自然界里存在的量很大，在所有的元素中僅次于氧。

【02】在元素周期表里硅的位置是在第三周期第IV主族。它和碳元素屬于同一族——碳族。因此，它們的性質在很多方面都非常相似。它們都有很多的化合物，而且都很重要；碳是構成有機體的主要元素，而硅是構成地殼、礦物界的一種重要元素。

【03】碳族元素一一周期表第IV主族元素，除上述的碳、硅外，還有鍺、錫和鉛三種元素。它們的元素符號、原子結構簡圖和主要性質等，概括列表如上。

【04】從原子的電子層結構來看，碳族元素的最外電子層有4個電子，這種特殊的結構，使失去電子和結合電子的傾向幾乎相等。因此，在化學反應里，它們一般不能形成離子化合物，而往往是和其他原子共用幾個電子對形成共價化合物。在絕大多數(shù)的化合物里，碳和硅都是4價（共價）。

【05】當然，由于電子層數(shù)的逐漸增加，原子核對外層電子的引力逐漸減弱，失去電子的傾向增大，使儲、錫、鉛等元素的主要性質，逐漸向金屬性發(fā)展。即使以硅和碳來比較，前者的非金屬性較弱而表現(xiàn)出一定的金屬性了。這在后面學習中可以得到證實。

【06】在這族元素里，碳和硅是二種很重要的元素。碳的單質和部分簡單化合物，我們在第一冊第三章里已經學過了，可以復習一下，看看它們的性質是否符合上述理論上的推斷。其余大部分的碳的化合物稱為有機物的，將在第四冊里一有機化學中去學習。這一章里，我們將著重學習硅和硅的化合物，以及和它有關的一些工業(yè)和農業(yè)生產知識。

【07】硅的元素符號是Si，原子量是14。

硅在自然界里的存在

【08】硅元素的單質在自然界里是不存在的，這是硅和碳不同的地方。在自然界里，它都以化合態(tài)存在。例如石英、長石、云母等都是硅的化合物。這些刊礦物集合而成各種巖石，是構成地殼的主要組份。由巖石風化而成的砂和粘土是形成土壤的礦物質【巖石的風化和含水結晶體的風化，在意義上不同，可參閱§6·6“土壤的形成”】。所以，硅元素在自然界里的存在量很大，約占地殼重量的1/4。

【09】單質硅在工業(yè)上用純砂（二氧化硅）跟適量的碳，放在電爐里高溫還原而制得：

【10】在高溫下生成的硅還能跟過量的碳直接化合生成碳化硅SiC：

硅的性質

【11】單質硅有無定形和結晶形二種。結晶形硅是一種灰色并有金屬光澤的晶體，它是一種半導體；無定形硅是褐色的粉末。

【12】在常溫下，硅很穩(wěn)定，只有非?；顫姷姆苤苯痈铣煞?strong>SIF?。但在灼熱情況下，硅也能跟氯、溴、硫、碳等直接化合。在空氣中，如果把硅研成粉末狀，再加強熱，能燃燒生成二氧化硅：

【13】硅跟氫不能直接化合，但可通過間接方法制得多種硅的氫化合物，其中最簡單的是硅化氫SiH?。它是無色氣體，很不穩(wěn)定，在空氣里能自燃生成二氧化硅和水。

【14】從硅的以上一些性質來看，硅和碳確是非常類似的，它主要也表現(xiàn)了非金屬的性質，但又不及碳的非金屬性強，這可從它和氫不能直接反應，以及硅氫化合物不如對應的碳氫化合物穩(wěn)定可以看出。

硅的用途

【15】硅可用來制造合金。含硅4%的鋼可以做變壓器的鐵芯，含硅量高于15%的鋼是很好的耐酸材料。特別純凈的硅是半導體，在無線電和自動化裝置方面用途很大。硅跟碳反應生成的碳化硅SiC俗名金剛砂，硬度很大，可用作打磨金屬的砂輪或砂紙。

習題6-1

1、碳族元素包括哪些元素？寫出它們的名稱和元素符號。

2、碳族在元素周期表里的位置怎樣？據(jù)此，它們應該有哪些特征性質？

3、從元素命名的字形上來看：碳和硅從“石”旁，是非金屬，而鍺、錫和鉛從“金”旁，是金屬。同族元素而有這樣不同的性質，你怎樣來理解？

4、怎樣從原子結構和具體性質上，可以說明碳的非金屬性要比硅強？

5、什么是金剛砂？它和金剛石是同一種東西嗎？它們的哪些性質是相同的？