14號元素的“自白”

摘 要：硅元素的知識是高中化學(xué)必修1的內(nèi)容，硅及其化合物在現(xiàn)代社會被廣泛應(yīng)用，具有重要的經(jīng)濟價值。文章以第一人稱的視角，將硅及其化合物的知識以自白的形式娓娓道來，介紹了硅元素的化學(xué)性質(zhì)、存在形式、發(fā)現(xiàn)過程、具體種類及用途等。

關(guān)鍵詞：硅;14號元素;硅的性質(zhì);硅的用途

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2020）07-0118-02

你知道硅谷嗎？硅谷并不是山谷的名字，而是美國重要的電子工業(yè)基地，也是世界上最負(fù)盛名的電子工業(yè)集中地?？蔀槭裁唇泄韫龋唤薪鸸?、銀谷，鐵谷或銅谷呢？這就得從我14號元素硅說起了。

一、我的簡介

我是一種化學(xué)元素，名叫硅，舊名曾叫矽，元素符號為Si，按原子序數(shù)排行第14，原子量為28.0855，密度為2.33g/cm3，家“住”周期表第三周期第ⅣA族，和我住一起的兄弟姐妹比較多，有23種同位素，其中3種是天然的穩(wěn)定同位素，5種是人工放射性同位素。

二、我的存在形式

我有定形、不定形兩種形式的單質(zhì)。我不怎么活潑，但極少“單獨行動”，在自然界極少以單質(zhì)形式出現(xiàn)，我和好友氧元素常形影不離，最簡單的硅氧化合物是硅石SiO2，而礦石、巖石及黏土中的硅氧化合物則統(tǒng)稱硅酸鹽，地殼中的巖石幾乎全部是由硅石和各種硅酸鹽組成。土壤、塵土中也隨處可見我的身影。我在宇宙中的儲量排第八位，在地殼中的含量僅次于氧位居第二，地殼的總質(zhì)量我約占了四分之一。

三、我的發(fā)現(xiàn)過程

早在1787年，拉瓦錫就發(fā)現(xiàn)了“深藏”于巖石中的我，然而，戴維誤認(rèn)為我是一種化合物而“延誤”了我的誕生。1811年，蓋呂薩克和泰納爾制得不純的無定形硅，根據(jù)燧石的拉丁文將我命名為silicon。直到1823年，瑞典化學(xué)家貝采利烏斯通過實驗得到一種類似金屬的物質(zhì)——硅化鐵，才首次將我以一種元素形式公之于眾，之后貝采利烏斯又通過實驗獲得相對純凈的硅粉末，因此發(fā)現(xiàn)我的榮譽最后歸于貝采利烏斯。

四、我的性質(zhì)

我不喜張揚，但個性鮮明，低調(diào)中掩飾不住外形的酷炫，作為無定形硅，我身穿黑色外衣;作為晶體硅，我的外衣又換成了灰黑色。我有金剛石一樣的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，剛強堅硬，熔、沸點高，又有一顆易脆的心。C（碳）、Ge（鍺）、Al（鋁）、P（磷）是我上下左右的鄰居，位于元素周期表金屬與非金屬交界地的我，可以說左右逢源，剛?cè)岵?。我雖是非金屬，但除了有非金屬的性質(zhì)，也有明顯的金屬性，我身披“鎧甲”（有金屬光澤），能導(dǎo)電，屬半導(dǎo)體。我性格沉穩(wěn)，常溫下除氫氟酸和強堿溶液能將我“溶化”，其他物質(zhì)都難以與我反應(yīng)。

五、我的用途

1.單質(zhì)硅

（1）晶體硅。高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料。利用高純硅制成的光電池，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，光電池還可用作計算器、人造衛(wèi)星、火星探測器、太陽能電動汽車等的動力。2008年我國已超越歐洲、日本成為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。

計算機芯片等各種集成電路都是以硅為原料制成的。硅谷是美國高科技人才和信息產(chǎn)業(yè)人才的集中地，吸引了思科、英特爾、惠普、朗訊、蘋果等大公司駐扎，匯集了世界各國頂尖科技人員100多萬，在硅谷任職的獲諾貝爾獎的科學(xué)家就有30多人?；氐奖疚淖畛醯膯栴}，現(xiàn)在你一定知道為什么叫硅谷了吧？

（2）硅在動植物體內(nèi)的作用。我不是植物生長的必需元素，但大部分植物體內(nèi)含有我，我在植物干物質(zhì)中占的比例為0.1%～20% 。我可以提高植物莖稈的硬度，增加害蟲取食和消化的難度，作物體內(nèi)我的含量增加，不但可促進作物根系生長，還可預(yù)防根系的腐爛和早衰。

在人體內(nèi)，我則是必需的微量元素，在結(jié)締組織、軟骨形成中我必不可少。但我的含量過多則對身體不利，我對人體最大的危害是引起矽肺，一些含有硅粉塵場所的工人都要采取防護我的措施。

2. 二氧化硅

（1）制高級化學(xué)儀器。純凈的二氧化硅晶體叫石英，可見光和紫外光能通過由石英制成的石英玻璃，可用石英玻璃制造紫外燈、光學(xué)儀器和高級化學(xué)儀器。

（2）制光導(dǎo)纖維。用純二氧化硅為原料制成光導(dǎo)纖維，最終產(chǎn)生了光纖通信系統(tǒng)，光纖通信為當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，使人類生活發(fā)生了翻天覆地的變化。祖籍上海金山的華裔物理學(xué)家高錕，因在光纖技術(shù)領(lǐng)域研究的杰出貢獻(xiàn)，在2009年獲諾貝爾物理學(xué)獎，高錕教授也被譽為“光纖之父”。

（3）醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。用石英制成的醫(yī)用激光器配置的光能傳輸系統(tǒng)，細(xì)巧、輕便，可將激光能量傳入人體內(nèi)臟器官進行治療。醫(yī)學(xué)上的纖維胃鏡、十二指腸鏡等傳導(dǎo)圖像的核心部分纖維束，就是由數(shù)萬根極細(xì)的玻璃纖維組成的。

（4）工業(yè)上的應(yīng)用。我可以舉兩個例子。一是制玻璃，石英砂是制普通玻璃的主要原料，石英砂還可用于光學(xué)玻璃、導(dǎo)電玻璃、玻璃纖維、玻璃布、防射線特種玻璃等。二是制飾品。用自然界的水晶、瑪瑙制造的飾物和工藝品，在各大小旅游景點隨處可見，被越來越多的人所喜愛，我就在其中扮演著重要角色。

3.硅酸

硅酸制成的硅膠，吸附水分能力非常強，可用作干燥劑，還可以用作催化劑的載體等。

4.硅酸鹽

（1）制水玻璃。最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉，硅酸鈉的水溶液叫水玻璃，水玻璃是做防火門和硅膠的原料。

（2）制陶瓷。我們平常生活中用到的日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具等，就是以黏土為主要原料制成的。中國是陶瓷之鄉(xiāng)，佛山是全國乃至全球最大的建筑陶瓷生產(chǎn)基地， 如今佛山陶瓷出口到的國家和地區(qū)有一百多個，有著上千年陶瓷歷史的石灣，更有“南國陶都”之稱。

（3）制水泥。水泥是大家所熟知的材料，廣泛應(yīng)用于建筑、水利、國防等工程。作為三大傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品的水泥，其原料是黏土和石灰石。

（4）硅藻泥。硅藻泥是以硅藻土為主要原料制成的室內(nèi)裝飾涂料，硅藻土的主要成分也是硅酸鹽。

5.新型無機非金屬材料

高溫結(jié)構(gòu)氮化硅陶瓷，常用于高溫工程的部件，可用于洲際導(dǎo)彈的端頭、火箭發(fā)動機的尾管及燃燒室等。航天飛機用的耐熱而極輕的硅瓦，其主要材質(zhì)就是氮化硅陶瓷，在飛機返回大氣層時，即使溫度超過1 000 ℃，它也可保護機身不受損傷，第一架航天飛機“哥倫比亞號”高速穿行稠密大氣時，面對摩擦產(chǎn)生的高溫而毫發(fā)無損，它那31 000塊硅瓦拼砌成的外殼功不可沒，我很自豪。

6.有機硅

有機硅聚合物享有“工業(yè)味精”的美稱，是因其同時兼?zhèn)淞藷o機材料和有機材料的性能。有機硅產(chǎn)品繁多，品種牌號有10 000多種，常用的也有 4 000 多種，有機硅廣泛運用于各行各業(yè)。如有機硅制成的涂布材料，有著極好的防水性，天安門廣場的人民英雄紀(jì)念碑，永遠(yuǎn)都那么潔白如新，就是其表面經(jīng)過了有機硅塑料處理的緣故，我很驕傲。

隨著社會的發(fā)展，我的用途也越來越廣泛，我施展才能的空間也越來越廣闊。近年來全球硅材料需求增長迅猛，美國、歐洲等市場更是將我列為了戰(zhàn)略性物質(zhì)，我也期待著自己能為人類做出更大的貢獻(xiàn)。

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Confession of Element 14

Shao Dailin

（Shimen Middle School， Foshan City， Guangdong Province， Foshan 528200， China）

Abstract： The knowledge of silicon element is a compulsory part of senior high school chemistry. Silicon and its compounds are widely used in modern society and have important economic value. From the perspective of the first person， this paper introduces the knowledge of silicon and its compounds in the form of confession， and introduces the chemical properties， existing forms， discovery process， specific types and uses of silicon elements.

Key words： silicon; element 14; properties of silicon; uses of silicon

作者簡介：邵戴麟（2003-），男，廣東佛山人，廣東省佛山市石門中學(xué)高一（5）班學(xué)生。