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第三章硅和锗的化学制备
§3-1 硅和锗的物理化学性质
Si——银白色 Ge——灰色
二者熔体密度比固体密度大,故熔化后会体积收缩(%,而硅大约收缩10%)
1、Si和Ge的物理性质
Si、Ge——元素周期表中第Ⅳ族元素
1
性质
符号
硅
锗
单位
原子序数
Z
14
32
原子量
W


原子密度
×1022
×1022
个/cm3
晶体结构
金刚石型
金刚石型
晶格常数
a


nm
密度
d


g/cm3
熔点
Tm
1417
937
℃
沸点
Tb
2600
2700
℃
热导率
χ


W/cm· ℃
比热
CP


J/g· ℃
线热胀系数
α
×10-6
×10-6
cm· ℃-1
表1-1 硅锗的主要物理性质
2
性质
符号
硅
锗
单位
熔化潜热
Q
39565
34750
J/mol
冷凝时膨胀
dv
+
+
%
介电常数
ε


禁带宽度(0 K)
Eg


eV
(300 K)


eV
电子迁移率
μn
1350
3900
cm2/V·s
空穴迁移率
μP
480
1900
cm2/V·s
电子扩散系数
Dn


cm2/s
空穴扩散系数
DP


cm2/s
本征电阻率
pi
×105

Ω·cm
本征载流子密度
ni
×1010
×1013
cm-3
杨氏摸量
E
×107
N/cm2
3
结论:
1、硅的禁带宽度比锗大,电阻率比锗大四个数量级,Si 可用做高压器件,且工作温度比锗器件高;
2、锗的迁移率比硅大,可做低压大电流和高频器件。
4
室温下,硅、锗的化学性质比较稳定,但可与强酸、强碱作用。
高温下,硅、锗的化学活性大,可与氧、卤素、碳……等作用,生成相应的化合物
2、Si和Ge的化学性质
自然界中,Si主要以SiO2和硅酸盐的形式存在。
SiO2性质:坚硬、脆、难熔的无色固体。
高温(1600℃) 熔化成黏稠液体
冷却玻璃态
5
(i)硅、锗与卤素或卤化氢的反应方程式
卤元素
卤化物具有强烈的水解性,空气中吸水而冒烟,随分子中Si(Ge)—H键的增多稳定性减弱。
6
性质
SiCl4
SiHCl3
SiH4
分子量



密度(液体)g/cm3
(℃)
(℃)
(-℃)
密度(气体)g/dm3
(℃)
(℃)
熔点℃
-70
-128
-185
沸点℃


-
粘度(×10-3)Pa·s
(℃)
(℃)
偶极矩C·m
0
×10-30
0
标准生成热(298K)kJ/mol
-
-
-
蒸发热kJ/mol
(℃)
(℃)
(-℃)
标准生成自由能(298K)kJ/mol
-
-
-
表面张力N·s-1
(20℃)
(℃)
发火点℃
28
空气中自然爆炸
物理状态(298K)
无色透明液体
无色透明液体
无色气体
化合物中硅含量%



表1-2 SiCl4、SiHCl3、SiH4主要物理化学特性
7
(vii)SiH4易于卤素反应,发生爆炸,反应方程式
SiH4 +4Cl2 SiCl4+4HCl
(vii)SiH4和GeH4,由于都是Si-H键或Ge-H键,很不稳定,易热分解。利用这一特性可制取高纯Si(Ge),反应方程式
SiH4 Si +2H2
GeH4 Ge +2H2
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