Štrukturálna analýza atómov kremíka môže byť diskutovaná z viacerých aspektov, ako je ich elektronická konfigurácia, tvorba kovalentnej väzby, hybridizačný režim a fyzikálne a chemické vlastnosti.
1. Elektronická konfigurácia
Atómy kremíka (Si) sa nachádzajú v štvrtej perióde a skupine IVA periodickej tabuľky a ich atómové číslo je 14. Elektrónová konfigurácia atómov kremíka sa riadi konštrukčným princípom, to znamená, že elektróny sú mimo jadra a obklopujú vrstvu po vrstve od nízkej po vysokú energetickú hladinu, zvnútra smerom von. Konkrétne je elektronická konfigurácia atómov kremíka 1s²2s²2p⁶3s²3p², to znamená, že vo vnútornej vrstve (prvá vrstva) sú 2 elektróny, v druhej vonkajšej vrstve (druhá vrstva) 8 elektrónov a vo vonkajšej vrstve (tretia vrstva) sú 4 elektróny. . Tieto 4 najvzdialenejšie elektróny sú valenčné elektróny atómov kremíka, ktoré hrajú kľúčovú úlohu v chemických reakciách.
2. Tvorba kovalentnej väzby
Atómy kremíka majú tendenciu dosahovať stabilnú elektrónovú konfiguráciu (podobnú ako inertné plyny) zdieľaním svojich valenčných elektrónov s inými atómami. Konkrétne môžu atómy kremíka dosiahnuť stabilnú konfiguráciu 8-elektrónov (alebo 2-elektrónových párov) zdieľaním páru elektrónov s každým z okolitých atómov, čím sa vytvoria štyri kovalentné väzby. Vytvorenie tejto kovalentnej väzby je základom stability atómov kremíka v prírode a v mnohých zlúčeninách.
3. hybridizácia sp3
Aby sa vytvorili kovalentné väzby, ktoré sú rovnomerne rozložené v štyroch smeroch, najvzdialenejší orbitál s (1) a tri orbitály p (3) atómu kremíka sa hybridizujú, aby sa vytvorili štyri hybridné orbitály sp3. Tieto hybridné orbitály majú rovnaký tvar (tetraedrické rozloženie) a energiu, každý orbitál pojme jeden elektrón a môže vytvárať stabilné kovalentné väzby s elektrónmi susedných atómov. Táto hybridizácia umožňuje atómom kremíka vytvárať stabilnú tetraedrickú štruktúru pri vytváraní zlúčenín.
4. Fyzikálne vlastnosti
Kremík má mnoho jedinečných fyzikálnych vlastností. Po prvé, kremík je veľmi tvrdý materiál s tvrdosťou podľa Mohsa okolo 7, na druhom mieste je diamant a karbid bóru. Po druhé, kremík je polovodičový materiál s vodivosťou medzi vodičmi a izolantmi. Pri izbovej teplote je vodivosť kremíka veľmi nízka, no pri zahriatí sa jeho vodivosť rýchlo zvyšuje. Okrem toho má kremík vynikajúcu tepelnú vodivosť a vysokú priepustnosť (vo viditeľnom svetle a v pásme blízkej infračervenej oblasti), vďaka čomu je kremík široko používaný v elektronike, komunikáciách s optickými vláknami a iných oblastiach.
V. Chemické vlastnosti
Chemické vlastnosti kremíka sú relatívne stabilné a pri izbovej teplote je ťažké reagovať s inými látkami (okrem fluorovodíka a alkalického roztoku). Kremík môže reagovať s roztokom hydroxidu alkalického kovu za vzniku kremičitanu a vodíka, čo je dôležitá chemická vlastnosť kremíka. Okrem toho môže kremík reagovať aj s niektorými nekovovými a kovovými prvkami pri vysokej teplote za vzniku silicidu.