《从无机到有机

——

硅原子的

“

进化

”

历程

》

地壳中硅以及其它元素含量分布图

硅元素在大自然中含量丰富，在地壳中仅次于氧元素，约占地壳质量的26.3％。在人类数千年漫长的发展历程中，硅原子及其化合物扮演了极其重要的角色。随着科学技术的不断发展，人们对含硅材料的认识也在不断深化，含硅材料的应用范围在不断扩大。

按照人类利用含硅材料的历史脉络划分，人类对含硅材料的应用大致可分为三个阶段：含硅化合物（二氧化硅及硅酸盐）用作建筑材料；金属硅及其合金用于集成电路；有机硅化合物应用于人类生活的方方面面。

晶体二氧化硅的空间结构模型

由于硅是一种亲氧元素，因此自然界中无游离状态的纯硅，而是以含硅化合物的形式存在。含硅化合物，主要包括二氧化硅和硅酸盐，是人类应用最早的硅材料。起初人们应用含硅材料，主要是用含有二氧化硅以及硅酸盐的沙子、泥土、石头等作为建筑材料和生产原料，后来随着科学技术的不断发展，人们制备出了硅酸，增加了含硅化合物的种类，同时也逐渐探索出二氧化硅、硅酸、硅酸盐等含硅化合物的其它用途。

左：水晶；中：光导纤维；右：石英玻璃

天然存在的二氧化硅统称为硅石，主要有结晶形和无定形两种形态，其中结晶形的二氧化硅也叫石英，呈无色透明固体状态，水晶、玛瑙等常见装饰品的主要成分就是石英，沙子中也含有微小的石英晶体颗粒。无定形态的二氧化硅，主要存在于硅藻土中，硅藻土为多孔、轻而软的浅黄色或浅灰色粉末。晶体的二氧化硅具有空间网状结构，这种结构非常稳定，因此晶体二氧化硅具有非常高的熔点和硬度，且不溶于水。综合来看，二氧化硅的主要用途有：包含在沙子、泥土中用来做建筑材料；用作耐高温的石英坩埚；用作石英玻璃制作石英表、石英钟；作为石英和玛瑙的主要原料制作装饰品跟工艺品；纯净的....