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硅及其化合物在人类社会发展中的应用

发布时间:2017-04-16  点击量:

  【摘要】在高中化学中,硅及其化合物的应用,是非常重要的一部分内容。作为一种仅次于氧的元素,硅元素在自然界中广泛存在。并且,作为无机非金属材料的主角,硅对人們的日常生活与经济发展等起着重要的影响作用。在高中化学课程中,硅及其化合物是元素化学的重要内容之一,要求我们必须要了解其主要性质,认识其在信息技术、材料科学等领域的应用,这也是我们认识物质世界与感受化学魅力的一个重要窗口。
  【关键词】硅及其化合物 社会发展 应用
  【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2017)04-0155-02
  在长期的社会发展过程中,,人们通过对硅酸盐的合理加工,来制作出了陶瓷与玻璃,并因此而在人类发展史上开辟出了新纪元。通常情况下,人们对硅及其化合物的运用,大多都是直接取材于自然界,是一种对自然界资源的简单加工利用。进入 21 世纪以来,伴随着科学技术,特别是材料科学及其实验技术的发展,硅元素及其化合物以其独特的结构和理化特性在信息、材料、能源、生命科学等领域的重要作用益发凸显。如今,硅及其化合物已经影响到了我们生活的方方面面,在人类文明史上写下辉煌篇章的硅又一次展现出了青春的风彩。
  一、硅单质
  从本质上来说,硅单质主要包括了晶体硅与无定形硅这两种基本形式。在这当中,晶体硅所具有的导电性,一般介于导体和半导体之间,是一种较好的半导体材料。这一性质也决定了硅在科技方面的重要应用。在半导体方面,硅材料是当今产量最大、应用最广的半导体材料,是集成电路产业和光伏产业的基础。20 世纪中叶,人类发明了半导体单晶硅材料和半导体晶体管,直接导致了电子工业的革命。半导体集成材料不仅改变了人类的生活方式,而且对当时世界的政治、经济等格局有重要影响。太阳能电池是人类利用太阳能的有效途径之一,而晶体硅良好的半导体特性决定了硅系太阳能电池在太阳能电池中的主导地位。硅系太阳能电池的原理主要利用了硅半导体材料的光电效应。
  二、二氧化硅
  二氧化硅是原子晶体,在其晶体中,硅原子的4 个价电子与 4 个氧原子分别形成共价键,硅原子位于正四面体的中心,氧原子则位于其 4 个顶角上。二氧化硅的这种结构决定了其性质和用途,用二氧化硅原料制作的玻璃和仪器耐高温、耐腐蚀且能经受住温度的剧变。二氧化硅是制造石英玻璃、光导纤维和耐火实验仪器的原料,是科学研究的重要材料。硅原子在通信技术领域,以晶体二氧化硅为主材料的光导纤维能将光的明暗变化等信号从一端传送到另一端[1]。随着人类的不断实践,光导纤维技术得到了迅速的发展并逐步形成了高新技术产业,促使人类进入了信息时代。除了通信技术领域外,光导纤维还广泛应用于医学、照明、军事等其他领域。目前光电池仍然被用作人造卫星、登月车、火星探测器等的动力,是在太空中提供能源的主要设备。
  三、硅酸盐
  硅酸盐是硅、氧与其他元素结合而成的化合物的总称,其在自然界中分布非常广泛,是构成岩石和土壤的主要成分。大多数硅酸盐化学性质稳定且难溶于水。从古到今,人类创造性地生产出了几大类硅酸盐产品——陶瓷、玻璃、水泥等,它们是使用量最大的无机非金属材料。近年来,随着材料科学的迅速发展,人们又为硅酸盐产品找到了新的用途——烧制新型陶瓷。新型陶瓷主要采用高纯度的无机化合物作为烧结原料,是新型材料的一种。它们的性能比传统陶瓷更加优良,一般都具有很高的硬度和强度,而且在热、光、声、电、化学、生物等方面具有卓越的功能。
  四、有机硅化合物
  简单来说,所谓的有机硅化合物,指的就是各种含硅高分子化合物的总称,通常是指聚硅氧烷。它具有 (-Si-O-Si-) 主链,又有有机基团侧链,是一种典型的半无机高分子材料。这种物质的主链中含有“无机结构”而侧链中含有“有机基团”,因此它既有高分子材料易加工的特点,又有无机物的无毒、无污染、使用寿命长、耐高低温等优点。有机硅又被称作“工业味精”,应用十分广泛。有机硅下游行业市场前景广阔,其产品广泛运用于电子、电气、建筑、化工、纺织、轻工、医疗等行业,并且随着有机硅产品数量和品种的持续增长,其应用领域也在不断拓宽。在医疗领域中,有机硅同样因其独有的特性而备受关注。
  五、结语
  总之,在人们的日常生产与生活过程中,硅及其化合物发挥着重要的影响作用。并且,在高中化学课程中,硅及其化合物是元素化学的重要内容。因此,我们有理由相信,随着科学发展和技术进步,硅及其化合物将更好地服务于人类,人类生活的许多方面会因硅而改变。
  参考文献:
  [1]周爱珠. 硅元素在水稻平衡施肥上的应用[J]. 现代农业科技,2015,23:167.
 


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