物質組成

二氧化矽的性質

二氧化矽(Silicon dioxide)的性質
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師責任編輯

二氧化矽:自然界存在的二氧化矽稱為矽石,約佔地殼總質量的21%。二氧化矽分為晶態和無定形態兩大類。晶態的二氧化矽主要存在於石英礦中,常以石英、鱗石英(tridymite)和方石英(cristobalite)三種變體形式出現。某些石英礦有特殊的名稱,如大而透明的石英晶體叫水晶;紫水晶、瑪瑙和碧玉都是含雜質的有色晶體。砂子也是混有雜質的石英細粒。矽藻土和蛋白石則是無定型二氧化矽礦石,它們都是含不定量結晶水的二氧化矽SiO2∙nH2O。SiO2通過Si-O鍵形成三維網格的原子晶體。

二氧化矽的用途

二氧化矽(Silicon dioxide)的用途
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師責任編輯

二氧化矽的用途:石英在1900K時熔化成黏稠液體,冷卻時內部結構為SiO4四面體雜亂排列,結構呈無定形,冷卻時因黏度大不易再結晶,變成過冷 液體,稱為石英玻璃,熱膨脹係數很小,可以耐受溫度劇變,用以製造耐高溫的器具。石英還可以拉成絲,具有很高的強度與彈性,是製作光學纖維的原料。水晶可用作鏡片或光學儀器,瑪瑙和碧玉可以做裝飾寶石。矽藻土為多孔性物質,可以做工業用吸附劑和保溫、隔音材料。

鍺(Germanium)
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

1871年,元素週期律的發現者門得列夫曾預言”類矽”元素的存在。

1886年,德國化學家Winkler C. A.用光譜的方法分析硫銀鍺礦時,8個全分析結果均差7%左右,因此他斷定礦石中一定含有一種未知的新元素。他用氫氣還原硫化鍺製得了金屬鍺。Clemens Winkler為了紀念他的祖國,把新元素命名為Germanium(德國的拉丁名為Germania),元素符號Ge,中文為鍺。

鍺在地殼中的含量為7×10-7,比金、銀、鉑還多,但尚未有大規模的開採,因為鍺是最分散的元素之一。大量的鍺以分散狀態存在於各種金屬的矽酸鹽礦和硫化物礦、以及各種形式的煤中。其中含鍺量最高的礦是低溫閃鋅礦,含量在0.01%~0.1%之間;含鍺量較高的礦物有硫銀鍺礦4AgS∙GeS2、鍺石礦 CuS∙FeS∙GeS2、含鍺量在0.001%~0.1%之間。

鎂 (Magnesium)
高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

鎂是地殼中分布最廣的元素之一,但由於它的化學性質活潑不易將它自化合物中分離出來,因此長期以來,化學家不能肯定它們作為元素單質存在。直至電池發明以後,利用電解的方式分離出鎂元素單質後,才被確定是元素。

1808年,英國化學家戴維(Davy H.)電解汞和氧化鎂的混合物,得到鎂汞齊,將鎂汞齊中的汞蒸餾後,就得到了銀白色的金屬鎂。

鎂的英文名稱為Magnesium,希臘文原意為”美格尼西亞”,因為在希臘的”美格尼西亞”城附近當時盛產一種稱為苦土的鎂礦(氧化鎂),古羅馬人把這種礦物稱為magnesia alba,”alba”的意思是白色的,意即”白色的美格尼西亞”,中文翻譯成鎂,元素符號為Mg。

鋁(Aluminium)
高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

1825年,丹麥化學家和礦物學家Oersted H. C.用鉀汞齊還原無水氯化鋁,第一個製備出不純的金屬鋁。

1827年,德國化學家維勒(Wöhler F.)用金屬鉀還原無水氯化鋁,製備出較純的鋁,並描述了它的許多性質。

由於維勒製取鋁的方法不可能應用於大量生產,因此鋁曾經是珠寶店裡的商品,王室的珍寶。直到1886年,美國科學家豪爾及法國科學家埃羅分別獨立地用電解法製取鋁獲得成功,才使鋁成為普通的商品。

鋁的命名源自拉丁文Alumen,在歐洲這是對具有收斂性礬的總稱。英文名稱為 Aluminium,元素符號為Al。

鋁在自然界中主要以礬土礦(bauxite ore)形式存在,它是一種含有雜質的水合氧化鋁礦。鋁元素在地殼中的含量僅次於氧和矽,名列第三(8%)。在全部金屬元素中鋁占第一位,它比鐵幾乎多了一倍,是銅的近千倍。

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