二氧化硅

2022-04-08 文化 286阅读
分子形状:四方晶系摩尔质量:60.1gmol-1化学式SiO2,式量60.08。也叫硅石,是一种坚硬难溶的固体。它常以石英、鳞石英、方石英三种变体出现。从地面往下16千米几乎65%为二氧化硅的矿石。天然的二氧化硅分为晶态和无定形两大类,晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体,大而透明的棱柱状石英为水晶。二氧化硅是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原子晶体,整个晶体又可以看作是一个巨大分子,SiO2是最简式,并不表示单个分子。
物理性质
二氧化硅又称硅石,化学式SiO2。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。沙状二氧化硅
结晶二氧化硅因晶体结构不同,分为石英、鳞石英和方石英三种。纯石英为无色晶体,大而透明棱柱状的石英叫水晶。若含有微量杂质的水晶带有不同颜色,有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是细小的石英晶体,有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质少、较纯净)。二氧化硅晶体中,硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键,硅原子位于正四面体的中心,4个氧原子位于正四面体的4个顶角上,整个晶体是一个巨型分子,SiO2是表示组成的最简式不表示单个二氧化硅分子,仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。SiO2中Si—O键的键能很高,熔点、沸点较高(熔点1723℃,沸点2230℃)。自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅,是低等水生植物硅藻的遗体,为白色固体或粉末状,多孔、质轻、松软的固体,吸附性强。
化学性质
化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反应。是酸性氧化物,不跟一般酸反应。气态氟化氢或氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维,陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢和氢氟酸以外的卤素、卤化氢和氢卤酸以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶于水的氟硅酸:测其二氧化硅的比表面积。SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O酸氧通性:二氧化硅与碱性氧化物SiO2+CaO=(高温)CaSiO3二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因)在高温下,二氧化硅能被碳、镁、铝还原:SiO2+2C=(高温)Si+2CO↑
结构
在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内,二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。二氧化硅材料
尽管熔融石英不是长范围有序,但她却表现出短的有序结构,它的结构可认为是4个氧原子位于四面体的顶点上。多面体中心是一个硅原子。这样,每4个氧原子近似共价键合到硅原子,满足了硅的化合价外壳。如果每个氧原子是两个多面体的一部分,则氧的化合价也被满足,结果就成了称为石英的规则的晶体结构。在熔融石英中,某些氧原子,成为氧桥位,与两个硅原子键合。某些氧原子没有氧桥,只和一个硅原子键合。可以认为热生长二氧化硅主要是由人以方向的多面体网络组成的。与无氧桥位相比,有氧桥的部分越大,氧化层的粘合力就越大,而且受损伤的倾向也越小。干氧氧化层的有氧桥与无氧桥的比率远大于湿氧氧化层。因此,可以认为,SiO2与其说是原子晶体,却更近似于离子晶体。氧原子与硅原子之间的价键向离子键过渡。
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