在无机世界呼风唤雨的硅

在无机世界呼风唤雨的硅

硅，在稍微老一点的化学书上都写作矽。因为矽与锡同音，“二氧化矽”和“二氧化锡”读起来使人不易分辨，这样，我国化学界在1953年一致同意把矽改称为硅。

如果说碳是有机世界的“主角”，那么，无机世界的“主角”该是算硅了。硅是地壳中第二个含量最多的元素，占地壳总重量的26%，仅次于氧；而在地壳中，绝大部分硅是以二氧化硅的形式存在的，据统计，二氧化硅占地壳总重量的87%，这也就是说，硅和氧这两种最多的元素所形成的无机化合物，几乎“垄断”了地壳。重要的岩石，如长石类、辉石类、角闪石类和云母类，都含有二氧化硅（或以其他形式存在的硅的化合物）。砂子中也含有大量的二氧化硅。最纯净的二氧化硅要算是石英了。具有六面角柱形，头上带有六面角锥的透明无色的石英结晶，便是水晶。水晶硬而透明，特别是能很好地透过紫外线，折光率大，在光学上具有重要用途。水晶眼镜，便是用水晶磨成的。水晶图章，美观而耐用。水晶中如含有一些杂质，则带有颜色，如紫水晶、烟水晶。在大自然中，大的水晶不多，最大的有一米多高。

所有的植物都含有硅，特别是马尾草和竹子中含硅最多。动物中含硅较少。在海绵、鸟的羽毛、动物的毛发中含有硅。人体中含硅量约为万分之一。

人们早在远古时代便和硅的化合物打交道。但是，纯净的硅直到1811年才第一次被制得。到1823年，硅才被确定为化学元素。粉末状的纯硅，是棕褐色的，在空气中可燃烧变成二氧化硅。

如果把粉末状硅溶解在熔化了的金属（如锌、镁、银）中，慢慢冷却，可制得以完整的八面体析出的结晶硅。结晶硅具有钢灰色的金属光泽，熔点为1414℃，具有显著的导电性。纯净的结晶硅（含硅量达99．9999%以上），是现在最重要的半导体材料之一，与锗齐名。但是，随着提炼技术的改进，硅将会比锗更重要，因为硅的原料比锗要普遍易得。现在，我国已大量生产半导体硅。

硅和碱作用，能析出大量的氢气。制备1立方米的氢气只需0．63公斤硅，如果改用金属的话，却需2．9公斤的锌或2．7公斤的铁。在工业上，用焦炭在电路中还原二氧化硅（石英）来制取纯硅。

纯硅的用途并不太广，最重要的硅的化合物是二氧化硅，它是重要的工业原料。玻璃工业每年消耗几百万吨的砂子，因为玻璃是用砂子（主要成分二氧化硅SiO₂）、苏打（碳酸钠Na₂CO₃）和石灰石（主要成分碳酸钙CaCO₃）做原料熔炼成得。用纯二氧化硅——石英制成的石英玻璃，能耐高温，即使剧烈灼烧后立即浸到水里也不会破裂。由于石英玻璃能很好地透过紫外线，所以常用来制造光学仪器。纯净的玻璃是无色的。加入不同的化学元素，可使玻璃产生不同的颜色：电焊工人所戴的蓝色护目镜片，是加了氧化铈或氧化钕。加入氧化铁，玻璃呈黄色。若加入氧化亚铁，则变成红色。若加入极细的金粉、铜粉或硒粉，玻璃呈红色。若加入极细的银粉，则呈黄色。

黏土的主要成分是水化硅酸铝。黏土大量被用来和石灰石一起煅烧，制成水泥。黏土也被用来烧制砖、瓦等建筑材料。纯净的黏土——高岭土，是制造瓷器、陶器最重要的原料。玻璃、水泥、陶瓷、建筑材料等工业，均以硅为“主角”，被合称为“硅酸盐工业”。

硅和碳的化合物——碳化硅，俗称金刚砂，是无色的晶体，含有杂质时为钢灰色，它非常坚硬，硬度和金刚石相近。在工业上，常用金刚砂制造砂轮和磨石。它还很耐高温，用来做耐火的炉壁。

硅和氯的化合物——四氯化硅（SiCl₄），是无色的液体，很易挥发，在57℃就沸腾。在军事上用来作烟雾剂，因为它一遇水，便水解生成硅酸和氯化氢SiCl₄＋3H₂O→H₂SiO₃＋4HCl，产生极浓的白烟。特别是海战时，水蒸气多，烟雾更浓。四氯化硅的成本比白磷低廉的多。

硅虽然是无机世界的“主角”，但是近年来，它在有机世界中也成为引人注目的角色——人们制成了一系列有机硅化合物。有机硅有个特性——憎水。一些药品瓶的内壁，如青霉素瓶，便常涂着一层有机硅。这样，在使用后瓶壁上就不会留有药液。巍立在首都天安门广场上的人民英雄纪念碑，表面也涂着一层有机硅，这样可以防尘防潮，保护那精美的浮雕。有机硅塑料具有很好的绝缘性能，如果用它作为电动机的绝缘材料，可以使电动机的体积和重量都减少一半，而使用寿命却可以延长八倍多，并且在高温、潮湿的情况下都能使用。有机硅橡胶，在冰天雪地之中（甚至低到－90℃），或在烈日酷晒之下（甚至高达350℃），都不龟裂、不老化、保持弹性，用它来制造汽车轮胎非常合适。