硅與碳元素知識的總結分析

方瓊

【摘要】? 本文通過對硅元素與碳元素在存在形式、結構類型、物理性質及化學性質、其形成的化合物及應用進行分析，對二者的相關知識進行總結，希望能對其他學生有所幫助。

【關鍵詞】? 硅元素 碳元素 知識總結

【中圖分類號】? G633.8? ? ? ? ? ? ?【文獻標識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2019）02-253-01

前言

硅元素與碳元素在形態、性質及結構等方面存在著許多不同，但也存在許多相同之處，將二者進行比較，并做出總結分析，有利于加深對相關知識的學習，加強對其知識的鞏固，提升理解水平。

一、在自然界中存在的形式

在元素周期表中，硅元素與碳元素屬于易得電子和易失電子的主族元素的中間位置，硅元素與碳元素的最外層電子數都為4，易生共價化合物;單質晶體所謂類型都為原子晶體，氧化物的晶體類型稍有不同，硅元素的氧化物還是原子晶體，碳元素的氧化物是分子晶體;但是在原子半徑上差別較大，硅元素的原子半徑要大于碳元素;碳元素的熔點很高，硅元素的熔點比金剛石稍低;但二者都是很弱的非金屬元素，一般的常溫環境中二者都不會與其他物質產生反應。

硅元素在地殼中的含量達到了26.3%，含量僅次于氧。在自然界中，由于硅易與氧結合，所以不存在游離態的硅。硅在自然界以化合物的形態出現，以硅酸鹽或二氧化硅的形式存在于各種礦物及巖石中，在地殼中，由硅含氧化合物構成的硅酸鹽礦或石英礦也可以窺見它的影蹤，這類礦石大部分都十分堅硬。而碳元素在自然界中的形態與硅元素差別非常大。就整個地球而言，碳元素是形成化合物種類最豐富的元素，如地殼中的碳酸鹽礦，如石油、蛋白質、糖、動植物體內脂肪及纖維素等有機物，又如游離狀態的碳，如石墨及金剛石等晶體。碳元素是構成動植物的重要元素，生物生命的必要元素核苷酸和氨基酸就是以碳元素為基礎逐漸進化演變而來的，碳鏈一節節接長成為蛋白質及核酸，演化出單細胞生物，進而再演化成鳥、獸、魚、蟲，演化成猴子、猩猩、再逐漸進化成為人類，所以，沒有碳就沒有生命的存在，含碳的化合物奠定了一切生命的基礎。

二、結構類型及物理性質

硅元素的形態可以分為晶形和無定形兩種，晶體一般以正四面體空間網狀結構呈現，類似于金剛石。晶形是灰黑色的、有金屬光澤的、脆而硬的固體形態，單晶硅和金剛石是典型的原子晶體。無定形是黑色的粉末，無論硅元素是以哪種形態出現，其沸點及熔點都非常高，硬度也很大，可做半導體。碳的形態可以分為無定形碳、石墨及金剛石三種，以金剛石為例，金剛石是正四面體結構，排列緊，鍵能大，各原子間彼此聯結的空間網狀晶體。碳元素中最具代表性的就是金剛石和石墨，因為碳原子排列方式的不同，物理性質上存在較大差異，金剛石并不具備導電性，石墨做為一種原子晶體，介于金屬和分子晶體之間，類似于一種過渡晶體，所以，其能導熱導電，并且有金屬光澤。硅雖然也能導電，但導電率遠不及金屬，所以在上文中說到硅是半導體，導電率隨著溫度的不斷升高而增高。原因是當溫度升高時，Si-Si鍵易斷裂，晶體中電子流動加快。

三、化學性質

硅元素的化學性質不活潑，在一般的常溫環境中，除了與F2、HF強堿反應，不會與其他物質發生反應，在加熱狀態，可以與O2、H2等產生反應。按形態區分開來說的話，晶態硅元素的化學性質不活潑，而無定形硅晶態硅要活潑得多。石墨的化學性質比較活潑，能被濃INO3，濃H2SO4，NaC1O4，KMnO4等強氧化劑氧化，金剛石與石墨經過燃燒能得到二氧化碳。下面將硅與碳與某些物質發生化學反應的情況進行歸納：

（一）與單質發生反應

C+O2=點燃=CO2

C+2S=（蒸氣）高溫700℃=CS2

Si+O2=SiO2

Si+2C12=高溫燃燒=SiCI4

（二）與化合物發生反應

C+4HNO3（濃）=加熱=CO2↑+4NO2↑+2H2O

Si+4HF=高溫=SiF4↑+2H2↑

C+2CuO=加熱=2Cu+CO2

Si+3FeO=高溫=FeSiO3+2Fe

四、化合物及其應用

（一）二氧化硅

硅的化合物-二氧化硅，其晶體結構為空間網狀結構，主要性質是無色、高熔點、高沸點、高硬度。二氧化硅作為一種酸性氧化物，其身上有著所有酸性氧化物的普遍性，能夠與堿性氧化物發生反應，如化學方程式SiO2+CaO=高溫=CaSiO3，生石灰與二氧化硅反應，生成硅酸鈣;其還能與堿發生反應，生成鹽和水，如SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應，生成硅酸鈉與水。在日常生活中，可作為光導纖維及建筑材料等出現。

（二）硅酸與硅酸鹽

硅的化合物-硅酸與硅酸鹽，硅酸是通過可溶性硅酸鹽與酸進行反應而形成的，不溶于水，且酸性較碳酸弱的物質[2]。硅酸鹽是由硅、氧及金屬組成的整體化合物的名稱，在生活中泡花堿和水玻璃的形態出現，在制作陶瓷工藝品、制造水泥及玻璃等建筑材料上應用廣泛，隨著科學技術的發展，在超導陶瓷及光導纖維等新材料領域也收到關注。

（三）二氧化碳

碳的化合物-二氧化碳，在工業中，一般采取煅燒石灰石的方法制造二氧化碳，即CaCO3=高溫=CaO+CO2↑;在日常生活中，可以采用燃燒木炭或用小蘇打+食醋的方法制造。其物理性質為無味無色氣體，可溶于水，高壓低溫下可形成干冰，密度較空氣大，不可燃。其化學性質為不可燃燒，不支持燃燒，且不能供給呼吸，能與水產生反應，生成碳酸，即CO2+H2O=H2CO3，能使紫色石蕊試液變紅。在人們的日常生活中廣泛用于滅火、人工降雨、制冷、溫室施肥哦及食用飲料。同時，隨著人類對能源的消耗，及對森林環境的破壞，大氣中二氧化碳含量不斷增加，致使全球變暖，威脅人類生活。

（四）一氧化碳

碳的化合物-一氧化碳，其物理性質為無味無色氣體，密度小于空氣，難溶于水。其化學性質為可燃性及還原性，該氣體吸入人肺會與人體血液中的血紅蛋白產生反應，使人中毒。在工業生產中，被作為重要生產原料，可制造一系列工業產品，如甲醇、乙酸及光氣等，在治金工業中，還被用作燃料和金屬還原劑。

結論

綜上所述，掌握硅元素與碳元素在方方面面的相同與差異，能方便我們了解二者的物理性質及化學性質，掌握二者的化學方程式，理解其在生活中的應用原理，找到規律，加強學習。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]宋安泰.高中化學常見元素及其化合物解題技巧的思考[J].當代化工研究，2018（09）：34-35.

[2]焦淑桂.如何引導學生認識化學元素及化合物[J].甘肅教育，2018（07）：115.