用沙子制造硅

用沙子制造硅

工业经济也许有一天会耗尽其必不可少的自然资源之一——石油,但至少高科技经济的硅供应是安全的,硅是每个计算机处理器的关键成分。它的氧化物形式,即二氧化硅或石英,在尘土中很常见。事实上,它就是尘土:几乎所有种类的沙子、粘土和岩石都含有某种形式的二氧化硅,总体而言,地球地壳的一半以上是由二氧化硅构成的。

  • 部门:灰质
  • 元素:
  • 项目:净化
  • 时间: 4小时
  • 费用: 40美元
  • 难度:初级 | | | | | 大师(编者注:4/5)

工业上,二氧化硅被转化成纯硅,方法是在熔炉中与焦炭(煤的形式,而不是饮料)一起加热。但是,还有一种更简单但成本更低的方法,是我从英国科学老师 Jason Stainer 那里学到的。你只需要在试管中加热普通硅砂和镁粉的混合物。镁会从二氧化硅中夺走氧原子,留下单质硅。

没有哪种反应是完美的,在这种情况下,试管底部会剩下镁、氧化镁、硅化镁和硅的混合物。幸运的是,净化它的最佳方法也是最有趣的方法。我告诉我 8 岁的哈利波特迷,我准备了一种火药水。

注意! Theodore Gray 是一位受过实验室安全程序培训的科学家。请勿在家中尝试此实验。如需了解有关 Gray 科学追求的更多信息,请访问他的网站。

首先将五金店出售的一杯盐酸(37% HCl)倒入五杯水中。(不要反过来。老化学家说“按你该做的,把酸加到瓦塔里”是为了保护你免受蒸汽爆炸的影响,如果将水倒入酸中而不是将酸倒入水中,可能会发生蒸汽爆炸。)然后倒入试管中的内容物,你会得到一团奇妙的泡沫和一团可爱的蘑菇云。这是最好的万无一失的火焰药水之一。(我也会制作悬浮药水,尽管我不得不向我的女儿解释,因为我们住在麻瓜区,所以我只能悬浮非常小的物体。)

从化学角度来说,当粉末接触到酸时,会发生几种情况。任何剩余的镁粉都会与酸发生反应,产生氢气。硅化镁与酸发生反应,产生硅烷气体,硅烷气体与空气接触后会自燃,发出轻微的爆裂声,点燃附近的氢气漩涡。

如果空气中还漂浮着一些镁粉,它也会着火,产生明亮的闪光和一股白烟。你会同时获得三种形式的火焰,落到碗底的粉末是纯化的元素硅。咒语是幻想,但魔药是真实的,而这是一种很棒的魔药。

这篇文章已更新。它最初刊登在2005 年 10 月的《大众科学》杂志

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