14号元素的“自白”

摘 要：硅元素的知识是高中化学必修1的内容，硅及其化合物在现代社会被广泛应用，具有重要的经济价值。文章以第一人称的视角，将硅及其化合物的知识以自白的形式娓娓道来，介绍了硅元素的化学性质、存在形式、发现过程、具体种类及用途等。

关键词：硅;14号元素;硅的性质;硅的用途

中图分类号：G633.8 文献标志码：A文章编号：1008-3561（2020）07-0118-02

你知道硅谷吗？硅谷并不是山谷的名字，而是美国重要的电子工业基地，也是世界上最负盛名的电子工业集中地。可为什么叫硅谷，而不叫金谷、银谷，铁谷或铜谷呢？这就得从我14号元素硅说起了。

一、我的简介

我是一种化学元素，名叫硅，旧名曾叫矽，元素符号为Si，按原子序数排行第14，原子量为28.0855，密度为2.33g/cm3，家“住”周期表第三周期第ⅣA族，和我住一起的兄弟姐妹比较多，有23种同位素，其中3种是天然的稳定同位素，5种是人工放射性同位素。

二、我的存在形式

我有定形、不定形两种形式的单质。我不怎么活泼，但极少“单独行动”，在自然界极少以单质形式出现，我和好友氧元素常形影不离，最简单的硅氧化合物是硅石SiO2，而矿石、岩石及黏土中的硅氧化合物则统称硅酸盐，地壳中的岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。土壤、尘土中也随处可见我的身影。我在宇宙中的储量排第八位，在地壳中的含量仅次于氧位居第二，地壳的总质量我约占了四分之一。

三、我的发现过程

早在1787年，拉瓦锡就发现了“深藏”于岩石中的我，然而，戴维误认为我是一种化合物而“延误”了我的诞生。1811年，盖吕萨克和泰纳尔制得不纯的无定形硅，根据燧石的拉丁文将我命名为silicon。直到1823年，瑞典化学家贝采利乌斯通过实验得到一种类似金属的物质——硅化铁，才首次将我以一种元素形式公之于众，之后贝采利乌斯又通过实验获得相对纯净的硅粉末，因此发现我的荣誉最后归于贝采利乌斯。

四、我的性质

我不喜张扬，但个性鲜明，低调中掩饰不住外形的酷炫，作为无定形硅，我身穿黑色外衣;作为晶体硅，我的外衣又换成了灰黑色。我有金刚石一样的网状结构，刚强坚硬，熔、沸点高，又有一颗易脆的心。C（碳）、Ge（锗）、Al（铝）、P（磷）是我上下左右的邻居，位于元素周期表金属与非金属交界地的我，可以说左右逢源，刚柔并济。我虽是非金属，但除了有非金属的性质，也有明显的金属性，我身披“铠甲”（有金属光泽），能导电，属半导体。我性格沉稳，常温下除氢氟酸和强碱溶液能将我“溶化”，其他物質都难以与我反应。

五、我的用途

1.单质硅

（1）晶体硅。高纯的单晶硅是重要的半导体材料。利用高纯硅制成的光电池，将太阳能直接转化为电能，光电池还可用作计算器、人造卫星、火星探测器、太阳能电动汽车等的动力。2008年我国已超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。

计算机芯片等各种集成电路都是以硅为原料制成的。硅谷是美国高科技人才和信息产业人才的集中地，吸引了思科、英特尔、惠普、朗讯、苹果等大公司驻扎，汇集了世界各国顶尖科技人员100多万，在硅谷任职的获诺贝尔奖的科学家就有30多人。回到本文最初的问题，现在你一定知道为什么叫硅谷了吧？

（2）硅在动植物体内的作用。我不是植物生长的必需元素，但大部分植物体内含有我，我在植物干物质中占的比例为0.1%～20% 。我可以提高植物茎秆的硬度，增加害虫取食和消化的难度，作物体内我的含量增加，不但可促进作物根系生长，还可预防根系的腐烂和早衰。

在人体内，我则是必需的微量元素，在结缔组织、软骨形成中我必不可少。但我的含量过多则对身体不利，我对人体最大的危害是引起矽肺，一些含有硅粉尘场所的工人都要采取防护我的措施。

2. 二氧化硅

（1）制高级化学仪器。纯净的二氧化硅晶体叫石英，可见光和紫外光能通过由石英制成的石英玻璃，可用石英玻璃制造紫外灯、光学仪器和高级化学仪器。

（2）制光导纤维。用纯二氧化硅为原料制成光导纤维，最终产生了光纤通信系统，光纤通信为当今的网络发展奠定了基础，使人类生活发生了翻天覆地的变化。祖籍上海金山的华裔物理学家高锟，因在光纤技术领域研究的杰出贡献，在2009年获诺贝尔物理学奖，高锟教授也被誉为“光纤之父”。

（3）医学上的应用。用石英制成的医用激光器配置的光能传输系统，细巧、轻便，可将激光能量传入人体内脏器官进行治疗。医学上的纤维胃镜、十二指肠镜等传导图像的核心部分纤维束，就是由数万根极细的玻璃纤维组成的。

（4）工业上的应用。我可以举两个例子。一是制玻璃，石英砂是制普通玻璃的主要原料，石英砂还可用于光学玻璃、导电玻璃、玻璃纤维、玻璃布、防射线特种玻璃等。二是制饰品。用自然界的水晶、玛瑙制造的饰物和工艺品，在各大小旅游景点随处可见，被越来越多的人所喜爱，我就在其中扮演着重要角色。

3.硅酸

硅酸制成的硅胶，吸附水分能力非常强，可用作干燥剂，还可以用作催化剂的载体等。

4.硅酸盐

（1）制水玻璃。最简单的硅酸盐是硅酸钠，硅酸钠的水溶液叫水玻璃，水玻璃是做防火门和硅胶的原料。

（2）制陶瓷。我们平常生活中用到的日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等，就是以黏土为主要原料制成的。中国是陶瓷之乡，佛山是全国乃至全球最大的建筑陶瓷生产基地， 如今佛山陶瓷出口到的国家和地区有一百多个，有着上千年陶瓷历史的石湾，更有“南国陶都”之称。

（3）制水泥。水泥是大家所熟知的材料，广泛应用于建筑、水利、国防等工程。作为三大传统硅酸盐产品的水泥，其原料是黏土和石灰石。

（4）硅藻泥。硅藻泥是以硅藻土为主要原料制成的室内装饰涂料，硅藻土的主要成分也是硅酸盐。

5.新型无机非金属材料

高温结构氮化硅陶瓷，常用于高温工程的部件，可用于洲际导弹的端头、火箭发动机的尾管及燃烧室等。航天飞机用的耐热而极轻的硅瓦，其主要材质就是氮化硅陶瓷，在飞机返回大气层时，即使温度超过1 000 ℃，它也可保护机身不受损伤，第一架航天飞机“哥伦比亚号”高速穿行稠密大气时，面对摩擦产生的高温而毫发无损，它那31 000块硅瓦拼砌成的外壳功不可没，我很自豪。

6.有机硅

有机硅聚合物享有“工业味精”的美称，是因其同时兼备了无机材料和有机材料的性能。有机硅产品繁多，品种牌号有10 000多种，常用的也有 4 000 多种，有机硅广泛运用于各行各业。如有机硅制成的涂布材料，有着极好的防水性，天安门广场的人民英雄纪念碑，永远都那么洁白如新，就是其表面经过了有机硅塑料处理的缘故，我很骄傲。

随着社会的发展，我的用途也越来越广泛，我施展才能的空间也越来越广阔。近年来全球硅材料需求增長迅猛，美国、欧洲等市场更是将我列为了战略性物质，我也期待着自己能为人类做出更大的贡献。

参考文献：

[1]赵岩.面向认知效率的初中化学知识树交互展示设计研究[D].哈尔滨工业大学，2018.

[2]邢迪.初中化学教学中培养学生元素观的实践研究[D].华中师范大学，2016.

[3]卢秀平.植入故事元素 玩转识字课堂[J].中学数理化，2019（01）.

[4]俞丽娟.讲讲元素周期表中的小故事[J].中学教学参考，2019（02）.

[5]赵春.高中化学元素化合物教学策略的实证研究[D].华中师范大学，2018.

[6]林丽澎.高中化学元素化合物生活化教学的实践研究[D].闽南师范大学，2018.

[7]胡珺晶.化学课上“讲故事”——“沉淀的溶解平衡原理”教学实录[J].化学教与学，2015（09）.

[8]魏锐，黄婷，杨晶晶.法拉第《蜡烛的故事》对中学化学教学的启示[J].化学教育，2011（12）.

Confession of Element 14

Shao Dailin

（Shimen Middle School， Foshan City， Guangdong Province， Foshan 528200， China）

Abstract： The knowledge of silicon element is a compulsory part of senior high school chemistry. Silicon and its compounds are widely used in modern society and have important economic value. From the perspective of the first person， this paper introduces the knowledge of silicon and its compounds in the form of confession， and introduces the chemical properties， existing forms， discovery process， specific types and uses of silicon elements.

Key words： silicon; element 14; properties of silicon; uses of silicon

作者简介：邵戴麟（2003-），男，广东佛山人，广东省佛山市石门中学高一（5）班学生。