硅的理化性质

物理性质

 硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。 

   系列               类金属

     族                   ⅣA族

    周期                     3

 元素分区                 p区

    密度               2328.3 kg/m³

常见化合价                 +4

    硬度                    6.5

 地壳含量                25.7%

 弹性模量                190GPa

    密度               2.33g/cm³（18℃）

    熔点               1687K（1414℃）

    沸点               3173K（2900℃）

 摩尔体积            12.06×10⁻⁶m³/mol 

  汽化热              384.22kJ/mol 

  熔化热              50.55 kJ/mol 

  蒸气压              4.77Pa（1683K）

 间接带隙             1.1eV （室温）

  电导率              2.52×10⁻⁴ /（米欧姆） 

  电负性              1.90（鲍林标度）

   比热                700 J/（kg·K）

原子核外电子排布：1s²2s²2p⁶ 3s²3p²；

晶胞类型：立方金刚石型；

晶胞参数：20℃下测得其晶胞参数a=0.543087nm；

颜色和外表： 深灰色、带蓝色调；

采用纳米压入法测得单晶硅（100）的E为140～150GPa；

电导率：硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480℃左右达到最大，而温度超过1600℃后又随温度的升高而减小。

作为半导体材料，硅具有典型的半导体材料的电学性质。

(1)阻率特性 硅材料的电阻率在10^-5~10¹⁰Ω•cm之间，介于导体和绝缘体之间，高纯未掺杂的无缺陷的晶体硅材料称为本征半导体，电阻率在10Ω•cm以上。

(2)PN结特性 N型硅材料和P型硅材料相连，组成PN结，这是所有硅半导体器件的基本结构，也是太阳电池的基本结构，具有单向导电性等性质。

(3)光电特性 与其他半导体材料一样，硅材料组成的PN结在光作用下能产生电流，如太阳电池。但是硅材料是间接带隙材料，效率较低，如何提高硅材料的发电效率正是目前人们所追求的目标。

化学性质

硅有明显的非金属特性，可以溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生（偏）硅酸盐和氢气。

硅原子位于元素周期表第IV主族，它的原子序数为Z=14，核外有14个电子。电子在原子核外，按能级由低硅原子到高，由里到外，层层环绕，这称为电子的壳层结构。硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，达到稳定态。最外层有4个电子即为价电子，它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。

正因为硅原子有如此结构，所以有其一些特殊的性质：最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构，这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于共价键比较结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除氟化氢和碱液以外）发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。

低温时单质硅不活泼，不与空气、水和酸反应。室温下表面被氧化形成1000皮米二氧化硅保护膜。加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。