硅及其化合物在人類社會發展中的應用

鐘一鳴

【摘要】在高中化學中，硅及其化合物的應用，是非常重要的一部分內容。作為一種僅次于氧的元素，硅元素在自然界中廣泛存在。并且，作為無機非金屬材料的主角，硅對人們的日常生活與經濟發展等起著重要的影響作用。在高中化學課程中，硅及其化合物是元素化學的重要內容之一，要求我們必須要了解其主要性質，認識其在信息技術、材料科學等領域的應用，這也是我們認識物質世界與感受化學魅力的一個重要窗口。

【關鍵詞】硅及其化合物 社會發展 應用

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）04-0155-02

在長期的社會發展過程中，人們通過對硅酸鹽的合理加工，來制作出了陶瓷與玻璃，并因此而在人類發展史上開辟出了新紀元。通常情況下，人們對硅及其化合物的運用，大多都是直接取材于自然界，是一種對自然界資源的簡單加工利用。進入 21 世紀以來，伴隨著科學技術，特別是材料科學及其實驗技術的發展，硅元素及其化合物以其獨特的結構和理化特性在信息、材料、能源、生命科學等領域的重要作用益發凸顯。如今，硅及其化合物已經影響到了我們生活的方方面面，在人類文明史上寫下輝煌篇章的硅又一次展現出了青春的風彩。

一、硅單質

從本質上來說，硅單質主要包括了晶體硅與無定形硅這兩種基本形式。在這當中，晶體硅所具有的導電性，一般介于導體和半導體之間，是一種較好的半導體材料。這一性質也決定了硅在科技方面的重要應用。在半導體方面，硅材料是當今產量最大、應用最廣的半導體材料，是集成電路產業和光伏產業的基礎。20 世紀中葉，人類發明了半導體單晶硅材料和半導體晶體管，直接導致了電子工業的革命。半導體集成材料不僅改變了人類的生活方式，而且對當時世界的政治、經濟等格局有重要影響。太陽能電池是人類利用太陽能的有效途徑之一，而晶體硅良好的半導體特性決定了硅系太陽能電池在太陽能電池中的主導地位。硅系太陽能電池的原理主要利用了硅半導體材料的光電效應。

二、二氧化硅

二氧化硅是原子晶體，在其晶體中，硅原子的4 個價電子與 4 個氧原子分別形成共價鍵，硅原子位于正四面體的中心，氧原子則位于其 4 個頂角上。二氧化硅的這種結構決定了其性質和用途，用二氧化硅原料制作的玻璃和儀器耐高溫、耐腐蝕且能經受住溫度的劇變。二氧化硅是制造石英玻璃、光導纖維和耐火實驗儀器的原料，是科學研究的重要材料。硅原子在通信技術領域，以晶體二氧化硅為主材料的光導纖維能將光的明暗變化等信號從一端傳送到另一端[1]。隨著人類的不斷實踐，光導纖維技術得到了迅速的發展并逐步形成了高新技術產業，促使人類進入了信息時代。除了通信技術領域外，光導纖維還廣泛應用于醫學、照明、軍事等其他領域。目前光電池仍然被用作人造衛星、登月車、火星探測器等的動力，是在太空中提供能源的主要設備。

三、硅酸鹽

硅酸鹽是硅、氧與其他元素結合而成的化合物的總稱，其在自然界中分布非常廣泛，是構成巖石和土壤的主要成分。大多數硅酸鹽化學性質穩定且難溶于水。從古到今，人類創造性地生產出了幾大類硅酸鹽產品——陶瓷、玻璃、水泥等，它們是使用量最大的無機非金屬材料。近年來，隨著材料科學的迅速發展，人們又為硅酸鹽產品找到了新的用途——燒制新型陶瓷。新型陶瓷主要采用高純度的無機化合物作為燒結原料，是新型材料的一種。它們的性能比傳統陶瓷更加優良，一般都具有很高的硬度和強度，而且在熱、光、聲、電、化學、生物等方面具有卓越的功能。

四、有機硅化合物

簡單來說，所謂的有機硅化合物，指的就是各種含硅高分子化合物的總稱，通常是指聚硅氧烷。它具有 （-Si-O-Si-） 主鏈，又有有機基團側鏈，是一種典型的半無機高分子材料。這種物質的主鏈中含有“無機結構”而側鏈中含有“有機基團”，因此它既有高分子材料易加工的特點，又有無機物的無毒、無污染、使用壽命長、耐高低溫等優點。有機硅又被稱作“工業味精”，應用十分廣泛。有機硅下游行業市場前景廣闊，其產品廣泛運用于電子、電氣、建筑、化工、紡織、輕工、醫療等行業，并且隨著有機硅產品數量和品種的持續增長，其應用領域也在不斷拓寬。在醫療領域中，有機硅同樣因其獨有的特性而備受關注。

五、結語

總之，在人們的日常生產與生活過程中，硅及其化合物發揮著重要的影響作用。并且，在高中化學課程中，硅及其化合物是元素化學的重要內容。因此，我們有理由相信，隨著科學發展和技術進步，硅及其化合物將更好地服務于人類，人類生活的許多方面會因硅而改變。

參考文獻：

[1]周愛珠. 硅元素在水稻平衡施肥上的應用[J]. 現代農業科技，2015，23：167.