電子機器
ケイ素は電子機器に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。
Mendeleev
周期表
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化学元素 · リファレンス
14Si
ケイ素
ケイ素は原子番号14、元素記号Siの元素です。周期表では第3周期・第14族・pブロックに位置し、室温での基準状態は固体です。電子配置は[Ne] 3s2 3p2です。
原子番号14
標準原子量[28.084, 28.086]
族14
周期3
ブロックp
電子配置[Ne] 3s2 3p2
電子構造
化学的性質を決めるもの
14族元素は4個の価電子を持ちます。軽い元素では共有結合が重要で、族を下るにつれて金属的性質が増します。
ケイ素の電子配置は[Ne] 3s2 3p2です。価電子の配置と結晶・分子構造の違いが、同じ元素でも異なる材料特性を生みます。
化学形
化合物・イオン・材料
ケイ素の単体は共有結合性の結晶構造をつくります。化合物では二酸化ケイ素、ケイ酸塩、ガラス、セラミックス、シリコーン、半導体材料などが重要です。
物理的性質
状態と相変化
室温での基準状態は固体です。掲載している密度は2.329 g/cm³です。融点は1 688 K (1 415 °C)です。沸点は3 538 K (3 265 °C)です。実際の値は圧力、純度、結晶構造や同素体によって変わることがあります。
存在と用途
ケイ素はどこにあり、何に使われるか
ケイ素は地殻中に二酸化ケイ素やケイ酸塩として大量に存在し、ガラス、セラミックス、コンクリート材料、半導体、太陽電池などに関わります。
具体例
実際の用途
太陽電池
ケイ素は太陽電池に関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。
特殊ガラス
ケイ素は特殊ガラスに関わる材料や化合物で利用されます。利用されるのが元素単体なのか、合金・化合物・同位体なのかは用途によって異なり、その化学形が実際の性質を決めます。
周期表上の位置
周辺元素からわかること
ケイ素は第3周期・第14族・pブロックにあります。周辺にはホウ素、炭素、窒素、アルミニウムなどが位置し、横・縦に比較すると原子半径、イオン化エネルギー、電気陰性度、結合傾向の周期的変化が見えてきます。
基礎データ
物理・原子データ
分類半金属
室温での状態固体
電子殻2 · 8 · 4
密度2.329 g/cm³
融点1 688 K (1 415 °C)
沸点3 538 K (3 265 °C)
ポーリング電気陰性度1.9
第一イオン化エネルギー786.5 kJ/mol
電子親和力134.1 kJ/mol
値は、該当する場合には中性原子または元素の代表値を示します。物性値は同素体、圧力、測定条件によって変わることがあります。
歴史
発見と同定
ケイ素の発見はJöns Jacob Berzeliusと関連付けられています。ただし、元素の認識、純粋な試料の単離、現在の原子番号による定義は、必ずしも同じ時期に成立したわけではありません。
同位体
同位体組成と原子量
ケイ素の標準原子量は[28.084, 28.086]の範囲で示されます。天然試料では同位体比がわずかに変動するため、一つの小数値だけではその変動を表せません。
ケイ素には少なくとも一つの安定同位体があります。同位体は陽子数が同じため同じ元素ですが、中性子数が異なるので原子質量が変わります。
安全性
取り扱いと曝露
ケイ素の安全性は、元素単体か化合物か、量、濃度、曝露経路によって大きく変わります。元素名だけで危険性を判断せず、実際に扱う物質の安全データを確認する必要があります。