有機(jī)硅是指含有硅-碳鍵，且至少一個有機(jī)基團(tuán)與硅原子直接相連的化合物，也常把那些通過氧、硫、氮等使有機(jī)基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機(jī)硅化合物。無機(jī)硅是指不含有硅-碳鍵，且所有的基團(tuán)都是與硅原子通過氧、硫、氮等連接的化合物。
圖一：地殼中硅以及其它元素含量分布圖
硅元素在大自然中含量豐富，在地殼中僅次于氧元素，約占地殼質(zhì)量的26.3％。在人類數(shù)千年漫長的發(fā)展歷程中，硅原子及其化合物扮演了極其重要的角色。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對含硅材料的認(rèn)識也在不斷深化，含硅材料的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。按照人類利用含硅材料的歷史脈絡(luò)劃分，人類對含硅材料的應(yīng)用大致可分為三個階段：含硅化合物（二氧化硅及硅酸鹽）用作建筑材料；金屬硅及其合金用于集成電路；有機(jī)硅化合物應(yīng)用于人類生活的方方面面。
晶體二氧化硅的空間結(jié)構(gòu)模型（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
由于硅是一種親氧元素，因此自然界中無游離狀態(tài)的純硅，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鹽，是人類應(yīng)用最早的硅材料。起初人們應(yīng)用含硅材料，主要是用含有二氧化硅以及硅酸鹽的沙子、泥土、石頭等作為建筑材料和生產(chǎn)原料，后來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們制備出了硅酸，增加了含硅化合物的種類，同時也逐漸探索出二氧化硅、硅酸、硅酸鹽等含硅化合物的其它用途。
左：水晶；中：光導(dǎo)纖維；右：石英玻璃（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
天然存在的二氧化硅統(tǒng)稱為硅石，主要有結(jié)晶形和無定形兩種形態(tài)，其中結(jié)晶形的二氧化硅也叫石英，呈無色透明固體狀態(tài)，水晶、瑪瑙等常見裝飾品的主要成分就是石英，沙子中也含有微小的石英晶體顆粒。無定形態(tài)的二氧化硅，主要存在于硅藻土中，硅藻土為多孔、輕而軟的淺黃色或淺灰色粉末。晶體的二氧化硅具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，因此晶體二氧化硅具有非常高的熔點(diǎn)和硬度，且不溶于水。綜合來看，二氧化硅的主要用途有：包含在沙子、泥土中用來做建筑材料；用作耐高溫的石英坩堝；用作石英玻璃制作石英表、石英鐘；作為石英和瑪瑙的主要原料制作裝飾品跟工藝品；純凈的二氧化硅可用于制造光導(dǎo)纖維。
變色硅膠吸收水分后的顏色變化過程（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
硅酸是弱酸性、難溶于水的白色膠體，加熱易分解，也是一種含硅化合物。相比于二氧化硅和硅酸鹽材料，人們對硅酸的應(yīng)用較晚，主要用作硅膠干燥劑和催化劑的載體。
左：玻璃；中：水泥；右：陶瓷（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成巖石跟土壤的主要成分，除了硅酸鈉、硅酸鉀之外，其它的硅酸鹽都不溶于水。硅酸鈉是常見的一種硅酸鹽，為白色固體，可溶于水，其水溶液稱為水玻璃，為無色粘稠液體，有粘性，可用于制造膠黏劑。用水玻璃浸泡過的物品不易燃燒，因此硅酸鈉還可以用作阻燃劑。硅酸鹽也是傳統(tǒng)三大無機(jī)非金屬材料玻璃、水泥、陶瓷的最重要組成部分，迄今為止，這三類無機(jī)非金屬材料仍舊在人們的生產(chǎn)及生活中占據(jù)著重要的位置。柏齊里烏斯（J.J.Berzelius）第一次制得元素硅的化學(xué)反應(yīng)方程式
粗硅的制取及提純過程示意圖
從早期人類利用沙子、石頭、泥土等含有二氧化硅、硅酸鹽的材料作為建筑原料開始，人類對含硅化合物的利用已經(jīng)有數(shù)千年的歷史，但是直到十九世紀(jì)，人們才制得元素硅，并開始探究其潛在的應(yīng)用。 1824年，瑞典化學(xué)家柏齊里烏斯（J.J.Berzelius）用金屬鉀還原氟硅酸鉀，才第一次制得了元素硅，自此，硅材料的發(fā)展進(jìn)入了一個新的階段，以元素硅為基礎(chǔ)的各種類型的材料和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。
左：集成電路；右：太陽能電池（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
硅（Si）有晶體硅跟無定形硅兩種形態(tài)的單質(zhì)，其中晶體硅為灰黑色，無定形硅為黑色。硅單質(zhì)具有非常高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和非常大的硬度，不溶于水、硝酸和鹽酸，溶于氫氟酸和堿液，具有金屬光澤。硅元素是周期表中第14號元素，處于金屬跟非金屬的過渡位置，因此其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體跟絕緣體之間，是一種非常好的半導(dǎo)體材料。高純硅可被用作芯片、半導(dǎo)體材料（集成電路、晶體管等）、太陽能電池、特殊用途的合金以及有機(jī)硅生產(chǎn)等用途。
弗里得爾（Friedel）和克拉夫茨（Craft）合成第一個含Si-C鍵的有機(jī)硅化合物（四乙基硅烷）的化學(xué)反應(yīng)方程式
無論是二氧化硅、硅酸、硅酸鹽等含硅化合物，還是高純度的硅單質(zhì)，都是以無機(jī)物的形式應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中，這些無機(jī)硅材料應(yīng)用范圍相對比較小，并且經(jīng)過長期的發(fā)展，其應(yīng)用的潛力也逐漸被開發(fā)殆盡。而有機(jī)硅化合物的出現(xiàn)，則為含硅材料的開發(fā)及利用開創(chuàng)了一條新的發(fā)展道路，增加了非常多種類的含硅材料和產(chǎn)品，迅速地拓展了含硅材料的應(yīng)用范圍。
含有硅碳鍵（Si-C）且至少有一個有機(jī)基是直接與硅原子相連的化合物統(tǒng)稱為有機(jī)硅化合物。習(xí)慣上把通過氧、硫、氮等使有機(jī)基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機(jī)硅化合物。其中以硅氧鍵（-Si-O-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷品種最多、應(yīng)用最為廣泛。人類對有機(jī)硅化合物的應(yīng)用時間較短，1863年，法國科學(xué)家弗里得爾（Friedel）和克拉夫茨（Craft）將四氯化硅和二乙基鋅在封管中加熱到160℃，由此誕生了第一個含Si-C鍵的有機(jī)硅化合物——四乙基硅烷。自此之后，各種各樣的有機(jī)硅化合物被制造出來，并被大量地應(yīng)用到人們的日常生活中。
有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D
有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)鏈非常龐大，主要包括生產(chǎn)原料、有機(jī)硅單體、中間體以及硅油、硅樹脂、硅橡膠、硅烷偶聯(lián)劑等有機(jī)硅下游產(chǎn)品和由這些下游產(chǎn)品深加工制得的新產(chǎn)品和新材料等部分，生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜。有機(jī)硅本身是一種新興的高性能材料，具有優(yōu)異的耐溫特性、耐候性、電氣絕緣性、生理惰性、低表面張力和低表面能等特性，因此具有極大的科研價值及應(yīng)用潛力，為整個材料工業(yè)提供了材料基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，被譽(yù)為“工業(yè)味精”以及“科技發(fā)展催化劑”?？梢灶A(yù)料，在未來相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，有機(jī)硅材料仍將繼續(xù)在建筑工程、紡織、電子、交通運(yùn)輸、石油化工、航空航天、新能源、醫(yī)療、機(jī)械、造紙、日化和個人護(hù)理品等關(guān)乎人們衣、食、住、行的領(lǐng)域?yàn)槿祟惖纳罘?wù)。
元素周期表上與碳屬同一主族的硅元素，對人類的生產(chǎn)及生活有著重要影響，含硅的無機(jī)化合物和硅單質(zhì)是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的主角，有機(jī)硅聚合物又應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。因此，了解硅原子從無機(jī)的化合物和單質(zhì)“進(jìn)化”到有機(jī)硅的歷程，有助于理解人類利用含硅材料的歷史脈絡(luò)，有助于科技工作者從這段進(jìn)程中獲得更多的啟示，開發(fā)出更多的服務(wù)于人們生產(chǎn)生活的含硅材料和產(chǎn)品。
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