Strukturní analýza atomů křemíku může být diskutována z mnoha aspektů, jako je jejich elektronová konfigurace, tvorba kovalentní vazby, hybridizační režim a fyzikální a chemické vlastnosti.
1. Elektronická konfigurace
Atomy křemíku (Si) se nacházejí ve čtvrté periodě a skupině IVA periodické tabulky a jejich atomové číslo je 14. Elektronová konfigurace atomů křemíku se řídí konstrukčním principem, to znamená, že elektrony jsou mimo jádro a obklopují vrstvu po vrstvě od nízké po vysokou energetickou hladinu, zevnitř ven. Konkrétně je elektronová konfigurace atomů křemíku 1s²2s²2p⁶3s²3p², to znamená, že v nejvnitřnější vrstvě (první vrstva) jsou 2 elektrony, ve druhé vnější vrstvě 8 elektronů (druhá vrstva) a 4 elektrony ve vnější vrstvě (třetí vrstva) . Tyto 4 nejvzdálenější elektrony jsou valenčními elektrony atomů křemíku, které hrají klíčovou roli v chemických reakcích.
2. Tvorba kovalentní vazby
Atomy křemíku mají tendenci dosahovat stabilní elektronové konfigurace (podobně jako inertní plyny) sdílením svých valenčních elektronů s jinými atomy. Konkrétně atomy křemíku mohou dosáhnout stabilní konfigurace 8-elektronů (nebo 2-elektronových párů) sdílením páru elektronů s každým z okolních atomů za vzniku čtyř kovalentních vazeb. Vznik této kovalentní vazby je základem stability atomů křemíku v přírodě a v mnoha sloučeninách.
3. hybridizace sp3
Aby se vytvořily kovalentní vazby, které jsou ekvidistantně distribuovány ve čtyřech směrech, jsou nejvzdálenější orbital s (1) a tři orbitaly p (3) atomu křemíku hybridizovány za vzniku čtyř hybridních orbitalů sp3. Tyto hybridní orbitaly mají stejný tvar (tetraedrické rozložení) a energii, každý orbital pojme jeden elektron a může tvořit stabilní kovalentní vazby s elektrony sousedních atomů. Tato hybridizace umožňuje atomům křemíku tvořit stabilní tetraedrickou strukturu při tvorbě sloučenin.
4. Fyzikální vlastnosti
Křemík má mnoho jedinečných fyzikálních vlastností. Za prvé, křemík je velmi tvrdý materiál s Mohsovou tvrdostí asi 7, na druhém místě po diamantu a karbidu boru. Za druhé, křemík je polovodičový materiál s vodivostí mezi vodiči a izolátory. Při pokojové teplotě je vodivost křemíku velmi nízká, ale při zahřátí se jeho vodivost rychle zvyšuje. Kromě toho má křemík vynikající tepelnou vodivost a vysokou propustnost (ve viditelném světle a v pásmech blízkého infračerveného záření), díky čemuž je křemík široce používán v elektronice, komunikaci s optickými vlákny a dalších oborech.
V. Chemické vlastnosti
Chemické vlastnosti křemíku jsou relativně stabilní a při pokojové teplotě je obtížné reagovat s jinými látkami (kromě fluorovodíku a alkalického roztoku). Křemík může reagovat s roztokem hydroxidu alkalického kovu za vzniku křemičitanu a vodíku, což je důležitá chemická vlastnost křemíku. Kromě toho může křemík také reagovat s některými nekovovými a kovovými prvky při vysoké teplotě za vzniku silicidu.