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硅和碳元素的最外层电子排布是ns2np4，其位于周期表ⅣA族，它们最外层都是4个电子，处于元素周期表里容易得到电子和很容易失去电子的主族元素的中间位置，容易生成共价化合物，也就是讲一般条件下不会有硅、碳的离子产生，硅与碳都是很弱的非金属元素，在常温条件下几乎不和其他物质发生化学反应，但是，硅与碳的非金属性不相同、原子半径不同、核对外层电子引力不同，核电荷数也不相同，所以结构上分析，硅与碳的性质既有相同的地方，也有许多不同的地方，本文做以硅和碳的比较分析。
一、在自然界的存在形式
硅容易和氧结合，自然界中没有游离态的硅，在地壳中主要以硅酸盐矿和石英矿存在，绝大多数是坚硬的岩石，是由硅含氧化合物构成的，如花岗岩，硅是构成地球上矿物界的主要元素。
碳元素在自然界以不同形态存在。有化合态的碳，碳是地球上形成化合物种类最多的元素，如CO2，地壳中大量的碳酸盐矿、石油、生物体内的脂肪、蛋白质、糖 、纤维素等复杂的有机物质；也有游离态的碳，如石墨，无定形碳，金刚石等。碳是组成生物体的主要元素，含碳的化合物是一切生命的基础。
二、晶体的物理性质和结构类型
硅有无定形及晶形两种形式，无定形
是黑色粉末，晶形是银灰色有金属光泽的晶体，单晶硅和金刚石都是原子晶体。它们的沸点、熔点很高，硬度也非常大，但是Si-Si的键能比金刚石中C-C键能小，所以硬度、熔沸点都小于或低于金刚石。金刚石不导电，石墨则是原子晶体，金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体，因此，石墨导电、导热，且有金属光泽。硅能导电，但导电率不及金属，是半导体，并且随温度升高而增加，当温度升高时，Si-Si键容易断裂，这时会有电子在晶体中流动，故半导体的导电率随温度的升高而升高。
碳有石墨、金刚石、无定形碳三种同素异形体，金刚石是原子晶体，碳原子以共价键结合，呈正四面体结构，键能很大，排列紧密，构成一种坚实的彼此联结的空间网状晶体。
三、化学性质总结
1.硅和碳的性质
金刚石不和一般酸碱和化学物质作用，石墨比较活泼它可以被强氧化剂如浓HNO3，浓H2SO4，NaClO4，KMnO4等氧化，金刚石与石墨在空气中或氧气中燃烧都可以得到CO2，晶态硅在常温下化学性质不活泼，和空气，水、酸（除HF）都没有作用。无定形硅纟晶态硅要活泼。在一定条件下，硅与碳也可以跟某些物质发生化学反应。
（1）与单质反应：
C+O2点燃CO2
C+2S（蒸气）高温700℃CS2
Si+O2SiO2
Si+2Cl2高温燃烧SiCl4
（2）与化合物反应
C+4HNO3（浓）△CO2↑+4NO2↑+2H2O
Si+4HF高温SiF4↑+2H2↑
C+2CuO△2Cu+CO2
Si+3FeO高温FeSiO3+2Fe
C+H2O （g）△CO+H2
同时，硅的化学性质主要表现非金属性，也有一定的金属性，可以与碱反应：
Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
2.硅与碳氧化物的性质
CO2是无色气体、无毒，比空气重，通常情况下1体积水能溶1体积CO2，在加压和冷却的情况下，CO2变成无色液体，温度再降低变成雪状固体，名为干冰。干冰是分子昌体，因为CO2的化学性质并不活泼，比空气大，用作灭火剂，CO是植物进特光合作用所必须的原料，所以在人工模拟光合作用的研究中，CO2的化学作用越来越明显。CO2在空气中含量超高时，会因为缺氧让人有发生窒息的危险，在进入地窑时应用手持燃着的蜡烛，如果蜡烛熄灭，显见窑内CO2过多，暂时人不可以进入。
SiO2是酸性氧化物，但不溶于水，也不和水反应生成相应的硅酸，天然的SiO2分为晶体和无定形两大类。石英的主要成分就是SiO2晶体，自然界透明的六方柱状石英晶体，就是水晶。 SiO2是由SiO4四面体组成的原子晶体，因为SiO2是原子晶体，碍度很大，沸与熔点都非常高，化学性质不活泼，只有在高温条件下才可以和某些物质反应。
（1）和金属单质反应：
SiO2+2Mg高温2MgO+Si
CO2+2Mg点燃2MgO+C
SiO2与CO2在高温下都可以被金属Al、Mg还原。
（2）和碱反应：
SiO2+2NaOH△Na2SiO3+H2O
CO2+Ba（OH）2BaCO3↓+H2O
玻璃的主要成分是SiO2，所以长期存放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞而必须用胶塞，否则反应生成Na2SiO3，使玻璃塞和瓶口粘连。
（3）和盐反应：
SiO2+Na2CO3熔融Na2SiO3+CO2↑
CO2+CaCO3+H2OCa（HCO3）2
SiO2把盐里挥发性酸置换出来，是由于它的不挥发性导致的，这也是制玻璃的反应条件。
（4）其他
SiO2和HF反应：
SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
这是SiO2的特殊性质，所以可以用HF雕刻玻璃，并且不可用玻璃试剂存放氢氟酸。
CO2和NH3或NH3·H2O反应：
CO2+NH3·H2ONH4HCO3
2NH3+CO2高压催化剂CO（NH2） 2+H2O
3.硅酸与碳酸的性质
CO2溶于水生成碳酸，具备酸的通性，H2SiO3是偏硅酸，也称硅酸，正硅酸是H4SiO4，硅酸不易溶于水，是弱酸。
（1）热分解：
H2SiO3△SiO2+H2O
H2CO3CO2↑+H2O
制取硅酸可用SiO2和Na2CO3加热熔融，用水浸，然后再提取Na2SiO3加盐酸得到硅酸（不可用SiO2与水直接化合）。
SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
（2）和碱反应
H2CO3+2NaOHNa2CO3+2H2O
H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
4.硅酸盐与碳酸盐的性质
（1）水解：
可溶性的硅酸盐与碳酸鹽在水溶液中都会水解变成碱性水溶液。
（2）热稳定：
碳酸盐在高温下可分解：
MCO3高温MO+CO2
通常情况下，硅酸盐的热稳定性比碳酸盐大，并且一般加热硅酸盐并不分解。
（3）溶解性：
酸式碳酸盐都是溶于水，正盐中只有碱金属的碳酸盐和铵盐溶于水，一般在所有含氧酸盐中，酸式盐比相应的正盐容易溶解，但部分碳酸盐是酸式盐的溶解度比正盐的溶解度要小，如，KHCO3与NaHCO3在水中溶解度都小于K2CO3与Na2CO3。
硅酸盐除碱金属盐以外，其他金属的硅酸酸都不溶于水，Na2SiO3是最常见的可溶性的硅酸盐，石英砂和烧碱作用可以制得：
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
（收稿日期：2016-09-10）
一、在自然界的存在形式
硅容易和氧结合，自然界中没有游离态的硅，在地壳中主要以硅酸盐矿和石英矿存在，绝大多数是坚硬的岩石，是由硅含氧化合物构成的，如花岗岩，硅是构成地球上矿物界的主要元素。
碳元素在自然界以不同形态存在。有化合态的碳，碳是地球上形成化合物种类最多的元素，如CO2，地壳中大量的碳酸盐矿、石油、生物体内的脂肪、蛋白质、糖 、纤维素等复杂的有机物质；也有游离态的碳，如石墨，无定形碳，金刚石等。碳是组成生物体的主要元素，含碳的化合物是一切生命的基础。
二、晶体的物理性质和结构类型
硅有无定形及晶形两种形式，无定形
是黑色粉末，晶形是银灰色有金属光泽的晶体，单晶硅和金刚石都是原子晶体。它们的沸点、熔点很高，硬度也非常大，但是Si-Si的键能比金刚石中C-C键能小，所以硬度、熔沸点都小于或低于金刚石。金刚石不导电，石墨则是原子晶体，金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体，因此，石墨导电、导热，且有金属光泽。硅能导电，但导电率不及金属，是半导体，并且随温度升高而增加，当温度升高时，Si-Si键容易断裂，这时会有电子在晶体中流动，故半导体的导电率随温度的升高而升高。
碳有石墨、金刚石、无定形碳三种同素异形体，金刚石是原子晶体，碳原子以共价键结合，呈正四面体结构，键能很大，排列紧密，构成一种坚实的彼此联结的空间网状晶体。
三、化学性质总结
1.硅和碳的性质
金刚石不和一般酸碱和化学物质作用，石墨比较活泼它可以被强氧化剂如浓HNO3，浓H2SO4，NaClO4，KMnO4等氧化，金刚石与石墨在空气中或氧气中燃烧都可以得到CO2，晶态硅在常温下化学性质不活泼，和空气，水、酸（除HF）都没有作用。无定形硅纟晶态硅要活泼。在一定条件下，硅与碳也可以跟某些物质发生化学反应。
（1）与单质反应：
C+O2点燃CO2
C+2S（蒸气）高温700℃CS2
Si+O2SiO2
Si+2Cl2高温燃烧SiCl4
（2）与化合物反应
C+4HNO3（浓）△CO2↑+4NO2↑+2H2O
Si+4HF高温SiF4↑+2H2↑
C+2CuO△2Cu+CO2
Si+3FeO高温FeSiO3+2Fe
C+H2O （g）△CO+H2
同时，硅的化学性质主要表现非金属性，也有一定的金属性，可以与碱反应：
Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
2.硅与碳氧化物的性质
CO2是无色气体、无毒，比空气重，通常情况下1体积水能溶1体积CO2，在加压和冷却的情况下，CO2变成无色液体，温度再降低变成雪状固体，名为干冰。干冰是分子昌体，因为CO2的化学性质并不活泼，比空气大，用作灭火剂，CO是植物进特光合作用所必须的原料，所以在人工模拟光合作用的研究中，CO2的化学作用越来越明显。CO2在空气中含量超高时，会因为缺氧让人有发生窒息的危险，在进入地窑时应用手持燃着的蜡烛，如果蜡烛熄灭，显见窑内CO2过多，暂时人不可以进入。
SiO2是酸性氧化物，但不溶于水，也不和水反应生成相应的硅酸，天然的SiO2分为晶体和无定形两大类。石英的主要成分就是SiO2晶体，自然界透明的六方柱状石英晶体，就是水晶。 SiO2是由SiO4四面体组成的原子晶体，因为SiO2是原子晶体，碍度很大，沸与熔点都非常高，化学性质不活泼，只有在高温条件下才可以和某些物质反应。
（1）和金属单质反应：
SiO2+2Mg高温2MgO+Si
CO2+2Mg点燃2MgO+C
SiO2与CO2在高温下都可以被金属Al、Mg还原。
（2）和碱反应：
SiO2+2NaOH△Na2SiO3+H2O
CO2+Ba（OH）2BaCO3↓+H2O
玻璃的主要成分是SiO2，所以长期存放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞而必须用胶塞，否则反应生成Na2SiO3，使玻璃塞和瓶口粘连。
（3）和盐反应：
SiO2+Na2CO3熔融Na2SiO3+CO2↑
CO2+CaCO3+H2OCa（HCO3）2
SiO2把盐里挥发性酸置换出来，是由于它的不挥发性导致的，这也是制玻璃的反应条件。
（4）其他
SiO2和HF反应：
SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
这是SiO2的特殊性质，所以可以用HF雕刻玻璃，并且不可用玻璃试剂存放氢氟酸。
CO2和NH3或NH3·H2O反应：
CO2+NH3·H2ONH4HCO3
2NH3+CO2高压催化剂CO（NH2） 2+H2O
3.硅酸与碳酸的性质
CO2溶于水生成碳酸，具备酸的通性，H2SiO3是偏硅酸，也称硅酸，正硅酸是H4SiO4，硅酸不易溶于水，是弱酸。
（1）热分解：
H2SiO3△SiO2+H2O
H2CO3CO2↑+H2O
制取硅酸可用SiO2和Na2CO3加热熔融，用水浸，然后再提取Na2SiO3加盐酸得到硅酸（不可用SiO2与水直接化合）。
SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑
Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
（2）和碱反应
H2CO3+2NaOHNa2CO3+2H2O
H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
4.硅酸盐与碳酸盐的性质
（1）水解：
可溶性的硅酸盐与碳酸鹽在水溶液中都会水解变成碱性水溶液。
（2）热稳定：
碳酸盐在高温下可分解：
MCO3高温MO+CO2
通常情况下，硅酸盐的热稳定性比碳酸盐大，并且一般加热硅酸盐并不分解。
（3）溶解性：
酸式碳酸盐都是溶于水，正盐中只有碱金属的碳酸盐和铵盐溶于水，一般在所有含氧酸盐中，酸式盐比相应的正盐容易溶解，但部分碳酸盐是酸式盐的溶解度比正盐的溶解度要小，如，KHCO3与NaHCO3在水中溶解度都小于K2CO3与Na2CO3。
硅酸盐除碱金属盐以外，其他金属的硅酸酸都不溶于水，Na2SiO3是最常见的可溶性的硅酸盐，石英砂和烧碱作用可以制得：
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
（收稿日期：2016-09-10）