ケイ素の性質と化合物(二酸化ケイ素、水ガラス、シリカゲル)

ケイ素(Si)は原子番号14、14族3周期に属する。周期表では炭素(C)の下にある。

地殻に存在する元素では酸素に次いで2番目に多く、半導体の原料として工学的に重要である。地殻中には二酸化ケイ素の形で多く存在する。

項目 Si
原子番号 14
周期 3
14
電子殻 2, 8, 4
原子量 28
分類 典型非金属
常温 固体

地殻構成元素

  1. 酸素(約47%)
  2. シリコン(約28%)
  3. アルミニウム(約8%)

SiO2

SiO2(二酸化ケイ素)は水晶や石英の成分で、正四面体の構造をした共有結合の結晶。酸性酸化物であり、水酸化ナトリウムなどの塩基と反応する。

SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O

Na2SiO3(ケイ酸ナトリウム)は水に溶けると水ガラスになる。下の動画では二酸化ケイ素とシリコンの製品について説明している(英語)。

Na2SiO3

Na2SiO3(ケイ酸ナトリウム)は常温常圧において無色の固体で、水に溶ける。水に溶けたものを水ガラスという。

水ガラスは水のように透明だが、水よりもはるかに粘性が大きい。ケイ酸ナトリウムは二酸化ケイ素に水酸化ナトリウム水溶性を加えるとできる。ケイ酸ナトリウムに塩酸を加えると、弱酸塩と強酸によって弱酸が遊離する反応からケイ酸が生じる。

Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 + 2NaCl

H2SiO3

H2SiO3(ケイ酸)は弱酸で、加熱脱水するとシリカゲルになる。シリカゲルは重要な乾燥剤である。

高純度ケイ素

工学的な利用のために、ケイ素の純度を上げる技術が発達している。特に「ゾーンメルティング法」が有名である。

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