二氧化硅的结构与基本性质

硅同碳相似，有＋Ⅱ及＋Ⅳ氧化态的氧化物，不过SiO不及CO稳定，它是白色的晶体，只在高温下存在。

另外，SiO2的结构和性质也与CO2不同。在常温常压下，前者为固体，后者为气体。因为的原子半径比Si的小，在C＝O之间可以形成双健，而Si不能。比较键能的大小，也知道Si＝O不及C＝O稳定。所以Si不能象碳那样以Si＝O双键形成有限分子。

	C—C	C—O	C＝O	Si—Si	Si—O	Si＝O
键能／（kJ·mol-1）	345.6	357.7	798.9	222	452	640.2

固态CO2为由CO2小分子组成的分子晶体，而Si通过Si—O键形成三维网格的原子晶体。在此晶体中，每个Si原子以四个共价键与四个氧原子结合，而许多四面体又通过顶点的氧原子连成一个整体，即每个氧原子为两个四面体所共有（见图14－3）。因此，从总体上看，Si：O＝1：2，所以二氧化硅的最简式为SiO2。但是此式不象CO2，并不表示单个分子。

       从地面往下16公里儿乎有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，它有石英、鳞石英和方石英三种变体。纯石英为无色晶体，大而透明的棱柱状石英称为水晶（图14－4）。紫水晶、玛瑙和碧玉都是含杂质的有色晶体。砂子也是混有杂质的石英细粒。硅藻土则是无定形二氧化硅。

       动植物体内也含有少量的二氧化硅。一般说来，植物中结实的茎和穗，含二氧化硅也较多，如麦杆灰中含SiO2就很多。

       因为SiO2为原子晶体，且Si—O的键能很高，所以石英的硬度大，熔点高。将石英在1873K熔融，冷却时，它不再成为晶体，只是缓慢地硬化，成为石英玻璃，这实际上是一种过冷液体。无论是熔融的SiO2或是石英玻璃，它们仍然由SiO4四面体组成，只不过排列不象在石英晶体中那么整齐。

       石英玻璃的热膨胀系数小，可以耐受温度的剧变，灼烧后立即投入冷水中也不致于破裂，可用以制造耐高温的仪器。石英玻璃能透过紫外线，可用以制造医学和矿井中用的水银石英灯和其它光学仪器。石英在高温时仍为电的良好绝缘体。将石英拉成丝，这种丝具有很大的强度和弹性。石英玻璃的一项重要新用途，即是制光导纤维，用在光导通讯上。

       硅藻土为多孔性物质，是工业上常用的吸附剂，又是建筑工程上用的绝热隔音材料。

       二氧化硅的化学性质不活泼，在高温下也不能被H2还原，只能为镁、铝或硼所还原。

SiO2+2Mg=（高温）2MgO+Si

       除F2和HF以外，它不与其它卤素和酸类作用。它与HF水溶液反应的产物也是氟硅酸。

       但是SiO2为酸性氧化物，能与热的浓碱或熔融的碱或碳酸钠反应，得到硅酸盐。

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

SiO2+Na2CO3=（熔融）Na2SiO3+CO2↑

       玻璃含有SiO2，所以玻璃能被碱腐蚀。

 

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