Den strukturella analysen av kiselatomer kan diskuteras från flera aspekter såsom deras elektroniska konfiguration, kovalent bindning, hybridiseringssätt och fysikaliska och kemiska egenskaper.
1. Elektronisk konfiguration
Kiselatomer (Si) är belägna i den fjärde perioden och gruppen IVA i det periodiska systemet, och deras atomnummer är 14. Den elektroniska konfigurationen av kiselatomer följer konstruktionsprincipen, det vill säga elektronerna är utanför kärnan, och de omger lager för lager från låga till höga energinivåer, från insidan till utsidan. Specifikt är den elektroniska konfigurationen av kiselatomer 1s²2s²2p⁶3s²3p², det vill säga det finns 2 elektroner i det innersta lagret (första lagret), 8 elektroner i det andra yttre lagret (andra lagret) och 4 elektroner i det yttersta lagret (tredje lagret) . Dessa 4 yttersta elektroner är valenselektronerna hos kiselatomer, som spelar en nyckelroll i kemiska reaktioner.
2. Kovalent bindningsbildning
Kiselatomer tenderar att uppnå en stabil elektronisk konfiguration (liknande inerta gaser) genom att dela sina valenselektroner med andra atomer. Specifikt kan kiselatomer uppnå en stabil 8-elektronkonfiguration (eller 2-elektronpar) genom att dela ett elektronpar med var och en av de omgivande atomerna för att bilda fyra kovalenta bindningar. Bildandet av denna kovalenta bindning är grunden för stabiliteten hos kiselatomer i naturen och i många föreningar.
3. sp³ hybridisering
För att bilda kovalenta bindningar som är ekvidistant fördelade i fyra riktningar, hybridiseras den yttersta s-orbitalen (1) och tre p-orbitaler (3) av kiselatomen för att generera fyra sp³-hybridorbitaler. Dessa hybridorbitaler har samma form (tetraedrisk fördelning) och energi, varje orbital rymmer en elektron och kan bilda stabila kovalenta bindningar med elektronerna i intilliggande atomer. Denna hybridisering gör det möjligt för kiselatomer att bilda en stabil tetraedrisk struktur när de bildar föreningar.
4. Fysikaliska egenskaper
Kisel har många unika fysikaliska egenskaper. För det första är kisel ett mycket hårt material med en Mohs hårdhet på cirka 7, näst efter diamant och borkarbid. För det andra är kisel ett halvledarmaterial med en konduktivitet mellan ledare och isolatorer. Vid rumstemperatur är kiselns ledningsförmåga mycket låg, men vid upphettning ökar dess ledningsförmåga snabbt. Dessutom har kisel utmärkt värmeledningsförmåga och hög transmittans (i synligt ljus och nära infraröda band), vilket gör att kisel används i stor utsträckning inom elektronik, optisk fiberkommunikation och andra områden.
V. Kemiska egenskaper
De kemiska egenskaperna hos kisel är relativt stabila och det är svårt att reagera med andra ämnen (förutom vätefluorid och alkalilösning) vid rumstemperatur. Kisel kan reagera med alkalimetallhydroxidlösning för att bilda silikat och väte, vilket är en viktig kemisk egenskap hos kisel. Dessutom kan kisel också reagera med vissa icke-metalliska och metalliska element vid hög temperatur för att bilda silicid.