认识化学元素(非金属篇):无机世界的主宰——硅元素

今天童乐福科学网小编带同学们认识一种非金属——硅元素:被称为无机世界的主宰。当我们漫步在海滩时,看到黄色的沙子,也许会想到“沙里淘金”的情景,却没有多少人知道沙子里面还含有一种比金子有用得多的元素——硅。

认识化学元素(非金属篇):无机世界的主宰——硅元素插图

适合年龄:6岁以上

难易程度:中级

化学知识点:化学元素、硅元素、非金属。

知识导航:

硅是一种化学元素,它的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素结合。如果说碳是有机世界的“主角”,那么,无机世界的“主角”该算是硅了。

硅在地壳中的含量位居第二位,仅次于氧。硅在自然界中分布极广,地壳中约含27.6%,主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。

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硅在一般情况下性质比较稳定,但是在熔融状态下就变得特别活泼,能和许多物质发生化学反应,所以在自然界中,人们从来没有发现过单独存在的硅。

许多人都见过竹子,竹子也是中国人十分喜爱的一种植物,竹子全身细长,长得又十分得高,有些人也许担心,要是一股大风吹过来,会不会把它吹倒呢?当然不会,无论是多大的风,都吹不倒竹子,最多也只能让它东摇西摆。这真是“疾风知劲草”的真实写照啊!

那么,竹子为什么不怕风呢?原来,在竹子的茎干中含有丰富的硅的化合物,它们能帮助竹子增加自己的强度和韧性,所以竹子的茎干坚韧挺拔,风拿它没有任何办法。这就使得竹子在风中屹立不倒。

人们发明晶体管以后的一段时间里,用来制作晶体管的主要材料是锗,因为锗比硅更容易提纯。但硅的半导体性能比锗优越得多。硅晶体管能在200℃下工作,而锗晶体管只能在80℃以下工作。随着制备高纯度单晶硅工艺的提高,硅的作用已远远地超过了锗,成为半导体材料的后起之秀。

认识化学元素(非金属篇):无机世界的主宰——硅元素插图2

在许多的反间谍电视剧情节中,故事中的主人公在敌人的严密监视下将情报发出去,技术十分高超。但是却没有跟自己的人接头,那么情报是怎么送出去的呢?原来,奥秘就在他们胸前的纽扣上。那其实不是一颗真正的纽扣,而是一个微型发报机,他们就是利用这个不引人注意的微型发报机把情报发出去。这种发报机就是用晶体硅制成的。这种发报机虽然很小,但是上面却有着大规模的集成电路,在它上面有上万个二极管、三极管和电阻等电子原件。

作为一种性能优越的半导体材料,硅在其他方面也有重要的应用。人们用硅制出价格便宜、制作过程简单的太阳能电池。“水玻璃”也是硅酸纳的水溶液,用它制造的家具不易着火,还能防止木材受到空气的腐蚀。同时硅还是金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。包括硅的化合物在今天都起着非常重要的作用。由二氧化硅制出高透明度的玻璃纤维,不但质量变轻,还不受电、磁干扰,不怕窃听,具有高度的保密性。

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知识拓展:

硅的发现史:

硅的化合物种类虽然繁多,但是硅的发现过程却是很费周折。

早在19世纪初期,法国化学家就发现了不纯的无定形硅,不过当时人们对它很不了解。1787年,拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。然而在1800年,戴维将其错认为一种化合物。直到1823年,硅首次作为一种元素被贝采利乌斯发现,并于一年后提炼出了无定形硅。

水稻、小麦的帮手——硅:

水稻和小麦与竹子同属于禾木科,但是水稻和小麦只要遇到风就会伏倒,使得庄稼大量减产,这可叫农民伤透了心。

怎样才能让它们也不怕风吹呢?现在,人们在田地里洒上一些可溶性的硅酸菌盐肥料或者硅酸肥料,就能治愈它们怕风的病根。原来在小麦和水稻中,硅含量是很少的,所以它们的茎干十分柔软,很容易倒伏,而这两种肥料中都含有大量的硅,植物吸收以后,就会增强体质,再也不用怕风了。

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