1.为什么晶体硅熔沸点、硬度都不如金刚石高?
这种差别是由晶体硅内原子间的共价键和金刚石内原子间的共价键强弱不同引起的 。 由于原子晶体在熔化时 , 是要涉及晶体中共价键的破坏的 。 而硅原子电子层数比碳原子多1个 , 原子半径比碳原子大 , 使Si-Si键的键长(2.35×10-10米)比C-C键的键长(1.55×10-10米)长 , Si-Si键的键能(178千克/摩)比C-C键的键能(346千克/摩)小 。 因此 , 破坏硅晶体消耗的能量较金刚石小 , 晶体硅的熔、沸点及硬度都不如金刚石大 。
2.为什么金刚石不导电 , 而晶体硅却是半导体?
这也是与它们的结构 , 尤其是它们的键长键能密切相关的 。 在金刚石里 , 由于C-C键中两个成键的原子核对共用电子对的吸引力大 , 在外因(光或热)的作用下 , 共用电子对不能被激发成自由电子 , 故金刚石不能导电 。 但在晶体硅里 , Si-Si键中成键的两个硅原子核对共用电子吸引力较小 , 在外界条件的作用下电子较易摆脱两核的吸引而成为自由电子 。 由于自由电子的存在 , 故晶体硅能导电 。 同时 , 共用电子对离开共价键结构 , 留下的空位成为带正电荷的空穴 , 通常称作电子~空穴对 。 由于自由电子的运动 , 使这种电子~空穴对按一定的方式不断更换 , 使晶体硅的导电性具有一定的方向性 。 所以 , 晶体硅是半导体 。
3.自然界为什么不存在游离态的硅?
【硅的三个特性分析】一种元素能否以游离态存在于自然界 , 不但取决于元素单质的化学活动性 , 而且还决定于元素所形成化合物的稳定性 。 由于Si(固)+O2(气)=SiO2(固)+910.9千焦 , 此反应的反应热数值很大 , 即生成的SiO2内能较低 , 因而很稳定 , 故在地球初始状态下 , 地球上的硅元素全部与氧结合成稳定的二氧化硅或硅酸盐 。 类似情况还有硼 。
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