【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。  

第六章硅和硅的化合物

§6-1硅

【01】硅是一种非金属元素。构成地壳的岩石和许多矿物中都含有硅元素。所以它在自然界里存在的量很大，在所有的元素中仅次于氧。

【02】在元素周期表里硅的位置是在第三周期第IV主族。它和碳元素属于同一族——碳族。因此，它们的性质在很多方面都非常相似。它们都有很多的化合物，而且都很重要；碳是构成有机体的主要元素，而硅是构成地壳、矿物界的一种重要元素。

【03】碳族元素一一周期表第IV主族元素，除上述的碳、硅外，还有锗、锡和铅三种元素。它们的元素符号、原子结构简图和主要性质等，概括列表如上。

【04】从原子的电子层结构来看，碳族元素的最外电子层有4个电子，这种特殊的结构，使失去电子和结合电子的倾向几乎相等。因此，在化学反应里，它们一般不能形成离子化合物，而往往是和其他原子共用几个电子对形成共价化合物。在绝大多数的化合物里，碳和硅都是4价（共价）。

【05】当然，由于电子层数的逐渐增加，原子核对外层电子的引力逐渐减弱，失去电子的倾向增大，使储、锡、铅等元素的主要性质，逐渐向金属性发展。即使以硅和碳来比较，前者的非金属性较弱而表现出一定的金属性了。这在后面学习中可以得到证实。

【06】在这族元素里，碳和硅是二种很重要的元素。碳的单质和部分简单化合物，我们在第一册第三章里已经学过了，可以复习一下，看看它们的性质是否符合上述理论上的推断。其余大部分的碳的化合物称为有机物的，将在第四册里一有机化学中去学习。这一章里，我们将着重学习硅和硅的化合物，以及和它有关的一些工业和农业生产知识。

【07】硅的元素符号是Si，原子量是14。

硅在自然界里的存在

【08】硅元素的单质在自然界里是不存在的，这是硅和碳不同的地方。在自然界里，它都以化合态存在。例如石英、长石、云母等都是硅的化合物。这些刊矿物集合而成各种岩石，是构成地壳的主要组份。由岩石风化而成的砂和粘土是形成土壤的矿物质【岩石的风化和含水结晶体的风化，在意义上不同，可参阅§6·6“土壤的形成”】。所以，硅元素在自然界里的存在量很大，约占地壳重量的1/4。

【09】单质硅在工业上用纯砂（二氧化硅）跟适量的碳，放在电炉里高温还原而制得：

【10】在高温下生成的硅还能跟过量的碳直接化合生成碳化硅SiC：

硅的性质

【11】单质硅有无定形和结晶形二种。结晶形硅是一种灰色并有金属光泽的晶体，它是一种半导体；无定形硅是褐色的粉末。

【12】在常温下，硅很稳定，只有非常活泼的氟能直接跟它化合成氟化硅SIF₄。但在灼热情况下，硅也能跟氯、溴、硫、碳等直接化合。在空气中，如果把硅研成粉末状，再加强热，能燃烧生成二氧化硅：

【13】硅跟氢不能直接化合，但可通过间接方法制得多种硅的氢化合物，其中最简单的是硅化氢SiH₄。它是无色气体，很不稳定，在空气里能自燃生成二氧化硅和水。

【14】从硅的以上一些性质来看，硅和碳确是非常类似的，它主要也表现了非金属的性质，但又不及碳的非金属性强，这可从它和氢不能直接反应，以及硅氢化合物不如对应的碳氢化合物稳定可以看出。

硅的用途

【15】硅可用来制造合金。含硅4%的钢可以做变压器的铁芯，含硅量高于15%的钢是很好的耐酸材料。特别纯净的硅是半导体，在无线电和自动化装置方面用途很大。硅跟碳反应生成的碳化硅SiC俗名金刚砂，硬度很大，可用作打磨金属的砂轮或砂纸。

习题6-1

1、碳族元素包括哪些元素？写出它们的名称和元素符号。

2、碳族在元素周期表里的位置怎样？据此，它们应该有哪些特征性质？

3、从元素命名的字形上来看：碳和硅从“石”旁，是非金属，而锗、锡和铅从“金”旁，是金属。同族元素而有这样不同的性质，你怎样来理解？

4、怎样从原子结构和具体性质上，可以说明碳的非金属性要比硅强？

5、什么是金刚砂？它和金刚石是同一种东西吗？它们的哪些性质是相同的？