ОКСИД КРЕМНІЮ (SIO2): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ, ОДЕРЖАННЯ - ФІЗИЧНІ - 2025

Оксид кремнію являє собою неорганічне тверда речовина шляхом зв'язування з атомом кремнію і два кисню. Його хімічна формула - SiO ₂ . Цю природну сполуку ще називають кремнеземом або діоксидом кремнію.

SiO ₂ - найпоширеніший мінерал у земній корі, оскільки пісок складається з діоксиду кремнію. Залежно від своєї структури кремнезем може бути кристалічним або аморфним. Він нерозчинний у воді, але розчиняється в лугах та фтороводородовій кислоті.

Пісок є джерелом діоксиду кремнію SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Джерело: Wikimedia Commons.

SiO ₂ також присутній у структурі певних рослин, бактерій та грибів. Також у скелетах морських організмів. Крім піску, є також інші види каміння, виготовлені з кремнезему.

Кремній широко використовується, виконуючи різноманітні функції. Найбільш поширене використання в якості фільтруючого матеріалу для рідин, таких як масла та нафтопродукти, напої, такі як пиво та вино, а також фруктові соки.

Але він має багато інших застосувань. Одне з найкорисніших і найважливіших - у виробництві біоактивних окулярів, які дозволяють робити «риштування» там, де кісткові клітини ростуть, утворюючи шматочки кісток, які відпадають випадково або хворобою.

Будова

Діоксид кремнію SiO ₂ - триатомна молекула, в якій атом кремнію пов'язаний з двома ковалентно пов'язаними атомами кисню.

Хімічна структура молекули SiO ₂ . Грассо Луїджі. Джерело: Wikimedia Commons.

Структурна одиниця твердого кремнезему як такої є тетраедром, де один атом кремнію оточений 4 атомами кисню.

Структурна одиниця твердого кремнезему: сірий = кремній, червоний = кисень. Benjah-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Тетраедри з’єднуються разом, поділяючи атоми кисню з їхніх суміжних вершин.

Ось чому атом кремнію розділяє кожен з 4 атомів кисню навпіл, і це пояснює зв'язок сполуки 1 атома кремнію з 2 атомами кисню (SiO ₂ ).

Тетраедри поділяють кисень у SiO ₂ . Benjah-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

З'єднання SiO ₂ поділяють на дві групи: кристалічний кремнезем і аморфний кремнезем.

Кристалічні сполуки кремнезему мають повторювані структури кремнію та кисню.

Кристалічний кремнезем має повторювані одиниці. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego проект wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Джерело: Wikimedia Commons.

Весь кристал кремнію може розглядатися як гігантська молекула, де кристалічна решітка дуже сильна. Тетраедри можуть бути пов'язані різними способами, породжуючи різні кристалічні форми.

В аморфному діоксиді кремнію структури приєднуються випадковим чином, не дотримуючись визначеного регулярного малюнка між молекулами, і вони знаходяться в різному просторовому взаємозв'язку.

В аморфному кремнеземі зв’язки не повторюються і не є однорідними. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Користувач: Jdrewittderivative work: Matt. Джерело: Wikimedia Commons.

Номенклатура

-Оксид кремнію

-Діоксид кремнію

-Сіліка

-Кварц

-Тридиміта

-Христобаліт

-Діоксосілан

Властивості

Фізичний стан

Безбарвне до сірого кольору

Зразок чистого SiO ₂ . LHcheM. Джерело: Wikimedia Commons.

Молекулярна маса

60.084 г / моль

Точка плавлення

1713 ºC

Точка кипіння

2230 ºC

Щільність

2,17-2,32 г / см ³

Розчинність

Нерозчинний у воді. Аморфний діоксид кремнію розчинний у лугах, особливо якщо він дрібно розділений. Розчинний у фтористоводневій кислоті HF.

Аморфний кремнезем менш гідрофільний, тобто менш пов'язаний з водою, ніж кристалічний.

Хімічні властивості

SiO ₂ або діоксид кремнію по суті є інертним до більшості речовин, він дуже мало реагує.

Стійкий до нападу хлору Cl ₂ , брому Br ₂ , водню H ₂ та більшості кислот при кімнатній температурі або трохи вище. Він атакується фтором F ₂ , фтористоводневою кислотою HF та лугами, такими як карбонат натрію Na ₂ CO ₃ .

SiO ₂ може комбінуватися з металевими елементами та оксидами, утворюючи силікати. Якщо кремнезем плавиться з карбонатами лужних металів при температурі близько 1300 ° C, отримують лужні силікати і виділяється CO ₂ .

Це не горюче. Він має низьку теплопровідність.

Присутність у природі

Основним джерелом кремнезему в природі є пісок.

SiO ₂ або діоксид кремнію у формі трьох кристалічних сортів: кварцу (найстійкіший), тридиміту та кристобаліту. Аморфними формами кремнезему є агат, яшма та онікс. Опал - це аморфний гідратний діоксид кремнію.

Існує також так званий біогенний кремнезем, тобто той, що генерується живими організмами. Джерелами цього типу кремнезему є бактерії, грибки, діатоми, морські губки та рослини.

Блискучі, тверді частини бамбука та соломи містять кремнезем, а скелети деяких морських організмів також мають високу частку кремнезему; проте найважливішими є діатомові землі.

Діатомові землі - це геологічні продукти розпадених одноклітинних організмів (водоростей).

Інші види природного кремнезему

У природі є також такі різновиди:

- Склоподібні кремнеземи, що представляють собою вулканічні окуляри

- Лехатериеліти - це природні окуляри, що утворюються при синтезі кремнієвого матеріалу під дією метеоритів

- Плавлений кремнезем, який кремнеземом нагрівається до рідкої фази і охолоджується, не даючи йому кристалізуватися

Отримання

Кремній з пісків отримують безпосередньо з кар’єрів.

Піщаний кар'єр в Каліфорнії. Ruff туф крем крем. Джерело: Wikimedia Commons.

Діатоміт або діатомовая земля також отримують таким чином, використовуючи екскаватори та подібне обладнання.

Аморфний діоксид кремнію готують, починаючи з водних розчинів силікату лужних металів (наприклад, натрію Na) шляхом нейтралізації кислотою, такою як сірчана кислота H ₂ SO ₄ , соляна кислота HCl або вуглекислий газ CO ₂ .

Якщо кінцевий рН розчину є нейтральним або лужним, отримують осад кремнезем. Якщо рН кислий, отримують силікагель.

Випалений кремнезем отримують шляхом спалювання летючої сполуки кремнію, як правило, чотирихлориду кремнію SiCl ₄ . Осаджений кремнезем отримують з водного розчину силікатів, до якого додають кислоту.

Колоїдний діоксид кремнію - це стабільна дисперсія частинок колоїдного розміру з аморфного кремнезему у водному розчині.

Програми

У різних додатках

Кремній або SiO ₂ має широкий спектр функцій, наприклад, він служить абразивним, абсорбуючим, протизубним, наповнювачем, непрозорим і сприяє суспензії інших речовин, серед багатьох інших способів використання.

Він використовується, наприклад:

-В виробництві скла, кераміки, вогнетривів, абразивів та водного скла

-Добарвлення та очищення нафти та нафтопродуктів

-У ливарних формах

-Таким чином є засобом проти злипання для порошків усіх видів

-Як піногасник

-Фільтрувати рідини, такі як розчинники для хімчистки, вода в басейні та комунальні та промислові стічні води

-При виробництві теплоізоляції, вогнетривкої цегли та вогне- та кислотостійких пакувальних матеріалів

-Як наповнювач виготовляє папери та картон, щоб зробити їх більш стійкими

-Як є наповнювачем для фарб для поліпшення їх потоку та кольору

-В матеріалах для полірування металів і дерева, оскільки це надає абразивності

-В лабораторіях хімічного аналізу в хроматографії та в якості абсорбенту

-Засіб проти злипання в інсектицидних та агрохімічних формулах, що допомагає подрібнювати воскові пестициди та як носій активної сполуки

-Якщо підтримка каталізатора

- Як наповнювач для посилення синтетичних каучуків і каучуків

-Як носій рідин у кормах для тварин

-В друкарські фарби

-В якості осушувача та адсорбенту у вигляді силікагелю

-В якості добавки в цемент

-Наче пісок для домашніх тварин

-В ізоляторах для мікроелектроніки

-На термооптичних вимикачах

Силікагель. КЕНПЕЙ. Джерело: Wikimedia Commons.

У харчовій промисловості

Аморфний кремнезем входить до складу різноманітних харчових продуктів як багатофункціональний прямий компонент у різних видах їжі. Вона не повинна перевищувати 2% готової їжі.

Наприклад, він служить засобом проти злипання (для запобігання прилипання певних продуктів), як стабілізатор у виробництві пива, як протиосадник для фільтрації винних, пивних, фруктових або овочевих соків.

Обладнання для фільтрації вина з діатомовою землею (SiO ₂ ). Фабіо Інгроссо. Джерело: Wikimedia Commons.

Він діє як абсорбент рідин у деяких продуктах харчування та компонент мікрокапсул для ароматизованих масел.

Крім того, аморфний SiO ₂ наноситься за допомогою спеціального процесу на поверхню пластмас харчових упаковочних виробів, виконуючи роль бар'єру.

У фармацевтичній промисловості

Він додається як засіб проти злипання, загущення, гелеутворення і як допоміжний засіб, тобто як таблетований засіб для різних лікарських препаратів та вітамінів.

У галузі косметики та особистої гігієни

Застосовується в безлічі продуктів: в порошках для обличчя, тіні для повік, підводках для очей, помадах, рум'янах, засобах для зняття макіяжу, пудрах, порошках для ніг, фарбах для волосся та відбілювачах.

Також в оліях і солях для ванн, пінних ваннах, кремах для рук і тіла, зволожуючих кремах, дезодорантах, кремах для обличчя або масках (крім кремів для гоління), парфумеріях, лосьйонах і очисних кремах.

Також в нічних зволожуючих кремах, лаках і блисках, освіжаючих лосьйонах для шкіри, тонерах для волосся, зубній пасті, кондиціонерах для волосся, гелях і кремах для засмаги.

У терапевтичних застосуваннях

SiO ₂ присутній в біоактивних окулярах або біосклях, основна характеристика яких полягає в тому, що вони можуть хімічно реагувати з оточуючим їх біологічним середовищем, утворюючи міцну і міцну зв’язок з живою тканиною.

Цей тип матеріалу використовується для виготовлення кісткових замінників, таких як ті, що знаходяться на обличчі, як «риштування», на яких будуть рости кісткові клітини. Вони показали хорошу біосумісність як з кістками, так і з м'якими тканинами.

Ці біоскла дозволять відновити кістки з обличчя людей, які втратили їх випадково чи хворобою.

Ризики

Дуже дрібні частинки кремнезему можуть потрапляти у повітря і утворювати не вибухонебезпечні пили. Але цей пил може дратувати шкіру і очі. Його вдихання викликає подразнення дихальних шляхів.

Крім того, вдихання кремнеземного пилу спричинює тривале прогресуюче ураження легенів, яке називається силікозом.

Список літератури

1. Національна медична бібліотека США. (2019). Діоксид кремнію. Відновлено з pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
3. Да Сілва, MR та ін. (2017). Техніка зеленого видобутку. Сорбенти на основі кремнезему. У комплексній аналітичній хімії. Відновлено з sciencedirect.com.
4. Іланен, Х. (редактор). (2018). Біоактивні окуляри: матеріали, властивості та застосування (друге видання). Ельзев'є. Відновлено з books.google.co.ve.
5. Windholz, M. та ін. (редактори) (1983) Індекс Мерка. Енциклопедія хімічних речовин, лікарських засобів та біологічних препаратів. Десяте видання. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. and Suni, T. (2015). Товстоплівкові вафлі SOI. У довіднику матеріалів та технологій MEMS на основі кремнію (друге видання). Відновлено з sciencedirect.com.
7. Сірлето, Л. та ін. (2010). Термооптичні вимикачі. Нанокристали кремнію. Відновлено з sciencedirect.com.