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：硅
• 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》杂志上。