СИЛИЦИЕВ ОКСИД (SIO2): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ, ПОЛУЧАВАНЕ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В силициев оксид е неорганична твърдо вещество чрез свързване на силициев атом и два кислород. Химичната му формула е SiO ₂. Това естествено съединение се нарича още силициев диоксид или силициев диоксид.

SiO ₂ е най-разпространеният минерал в земната кора, тъй като пясъкът е съставен от силициев диоксид. В зависимост от структурата си, силициев диоксид може да бъде кристален или аморфен. Той е неразтворим във вода, но се разтваря в основи и HF флуороводородна киселина.

Пясъкът е източник на силициев диоксид SiO ₂. ರವಿಮುಂ. Източник: Wikimedia Commons.

SiO ₂ присъства и в структурата на някои растения, бактерии и гъбички. Също и в скелети на морски организми. Освен пясък, има и други видове камъни, които са направени от силициев диоксид.

Силициев диоксид е широко използван, изпълнявайки различни функции. Най-разпространената употреба е като филтриращ материал за течности като масла и нефтопродукти, напитки като бира и вино, както и плодови сокове.

Но има много други приложения. Едно от най-полезните и важни е в производството на биоактивни очила, които дават възможност да се правят "скелета", където костните клетки растат, за да се получат костни парчета, които липсват случайно или болестно.

структура

Силициев диоксид SiO ₂ е молекула три-атом, при което силициев атом е свързан с две ковалентно свързани кислородни атоми.

Химическа структура на SiO на ₂ молекула. Грасо Луиджи. Източник: Wikimedia Commons.

Структурната единица на твърдия силициев диоксид като такъв е тетраедър, където един силициев атом е заобиколен от 4 кислородни атома.

Структурна единица от твърд силициев диоксид: сив = силиций, червен = кислород. Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

Тетраедрите се свързват заедно, като споделят кислородни атоми от техните съседни върхове.

Ето защо силициев атом акция всеки от 4 кислородни атоми в половината и това обяснява връзката в съединението от един силициев атом до 2 кислородни атоми (SiO ₂).

Тетраедрите споделят кислородите в SiO ₂. Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

SiO ₂ съединения са разделени в две групи: кристален силициев диоксид и аморфен силициев диоксид.

Кристалните силициеви съединения имат повтарящи се структури от силиций и кислород.

Кристалният силициев диоксид има повтарящи се единици. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego проект wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Източник: Wikimedia Commons.

Всички кристали на силициев диоксид могат да се считат за гигантска молекула, където кристалната решетка е много силна. Тетраедрите могат да бъдат свързани по различни начини, пораждайки различни кристални форми.

В аморфния силициев диоксид структурите са прикрепени произволно, без да следват определен редовен модел между молекулите и те са в различна пространствена връзка помежду си.

В аморфния силициев диоксид връзките не се повтарят или са еднородни. Silica.svg: * Silica.jpg: bg: Потребител: Jdrewittderivative работа: Мат. Източник: Wikimedia Commons.

номенклатура

-Силиконов оксид

-Силиев диоксид

-силициев двуокисен

кварц

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilane

Имоти

Физическо състояние

Безцветно до сиво твърдо вещество.

Проба от чист SiO ₂. LHcheM. Източник: Wikimedia Commons.

Молекулно тегло

60.084 g / mol

Точка на топене

1713 ºC

Точка на кипене

2230 ºC

плътност

2.17-2.32 г / см ³

разтворимост

Неразтворим във вода. Аморфният силициев диоксид е разтворим в основи, особено ако е фино разделен. Разтворим в HF на флуорова киселина.

Аморфният силициев диоксид е по-малко хидрофилен, тоест по-малко свързан с водата от кристалния.

Химични свойства

SiO ₂ или силициев диоксид е по същество инертен за повечето вещества, той е много малко реактивен.

Съпротивлява атакуват от хлор Cl ₂, бром Вг ₂, водород H ₂ и повечето киселини при стайна температура или малко по-високи. Това е атакуван от флуор F ₂, флуороводородна киселина и HF от основи като натриев карбонат Na ₂ СО ₃.

SiO ₂ може да се комбинира с метални елементи и оксиди, за да образува силикати. Ако силициев диоксид се стопи с карбонати на алкални метали при около 1300 ° С, се получават алкални силикати и се отделя СО ₂.

Не е запалим. Има ниска топлопроводимост.

Присъствие в природата

Основният източник на силициев диоксид в природата е пясъкът.

SiO ₂ или силициев диоксид е под формата на три кристални сорта: кварц (най-стабилният), тридимит и кристобалит. Аморфните форми на силициев диоксид са ахат, яспис и оникс. Опал е аморфен хидратиран силициев диоксид.

Съществува и т. Нар. Биогенен силициев диоксид, тоест генериран от живи организми. Източници на този вид силициев диоксид са бактерии, гъбички, диатоми, морски гъби и растения.

Лъскавите, твърди части от бамбук и слама съдържат силициев диоксид, а скелетите на някои морски организми също имат висок дял силициев диоксид; най-важните обаче са диатомичните земи.

Диатомовите земи са геоложки продукти на разпадащи се едноклетъчни организми (водорасли).

Други видове естествен силициев диоксид

В природата има и следните разновидности:

- стъкловидни силикаси, които са вулканични чаши

- Лехатериелити, които са естествени стъкла, получени при сливането на силициев материал под въздействието на метеорити

- Сплавен силициев диоксид, който се нагрява със силициев диоксид до течна фаза и се охлажда, без да се оставя да кристализира

Получаване

Силициев диоксид от пясъци се получава директно от кариери.

Пясъчна кариера в Калифорния. Ruff туф крем пух. Източник: Wikimedia Commons.

По този начин се получава и диатомитна или диатомитна земя, като се използват багери и подобно оборудване.

Аморфен силициев двуокис се получава като се излиза от водни разтвори на силикат на алкален метал (като натрий Na) чрез неутрализация с киселина, като сярна киселина H ₂ SO ₄, солна киселина HCl или въглероден диоксид CO ₂.

Ако крайното рН на разтвора е неутрално или алкално, се получава утаен силициев диоксид. Ако рН е кисел, се получава силикагел.

Пирогенният силициев диоксид се получава чрез изгаряне на летлив силициев съединение, обикновено силициев тетрахлорид SiCl ₄. Утаеният силициев диоксид се получава от воден разтвор на силикати, към който се добавя киселина.

Колоидният силициев диоксид е стабилна дисперсия на частици с колоиден размер на аморфния силициев диоксид във воден разтвор.

Приложения

В различни приложения

Силициев диоксид или SiO ₂ има голямо разнообразие от функции, например служи като абразивен, абсорбиращ, антислепващ, пълнител, непрозрачен и насърчава суспендирането на други вещества, сред много други начини на употреба.

Използва се например:

-В производството на стъкло, керамика, огнеупори, абразиви и водно стъкло

-Оцветяване и пречистване на масла и нефтопродукти

-В леярски форми

-Като средство против слепване за прахове от всякакъв вид

-Като пеногасител

-За филтриране на течности като разтворители за химическо чистене, вода за басейни и общински и промишлени отпадни води

-При производството на топлоизолация, огнеупорни тухли и пожаро- и киселинно-устойчиви опаковъчни материали

-Като пълнител в производството на хартия и картон, за да ги направи по-устойчиви

-Като е пълнител за бои за подобряване на техния поток и цвят

-В материали за полиране на метали и дърво, тъй като придава абразивност

-В лаборатории за химичен анализ в хроматографията и като абсорбент

- Като средство против слепване в инсектицидни и агрохимични формули, за подпомагане смилането на восъчни пестициди и като носител на активното съединение

- Като поддръжка на катализатор

-Като пълнител за подсилване на синтетични каучуци и каучуци

- Като носител на течности в храните за животни

-В печатни мастила

-Със сушител и адсорбент под формата на силикагел

-Като добавка в цимента

-Подобен пясък за домашни любимци

-В изолатори за микроелектроника

-На термооптични превключватели

Силициев гел. KENPEI. Източник: Wikimedia Commons.

В хранително-вкусовата промишленост

Аморфният силициев диоксид е включен в различни хранителни продукти като многофункционална директна съставка в различни видове храни. Не трябва да надвишава 2% от готовата храна.

Например, той служи като средство против слепване (за да се предотврати залепването на определени храни), като стабилизатор в производството на бира, като анти-утайка, за филтриране на сокове от вино, бира и плодове или зеленчуци.

Оборудване за филтриране на вино с диатомитна пръст (SiO ₂). Фабио Ингросо. Източник: Wikimedia Commons.

Действа като абсорбент за течности в някои храни и като компонент на микрокапсули за ароматизиращи масла.

В допълнение, аморфният SiO ₂ се прилага чрез специален процес върху повърхността на пластмасите на изделия за опаковане на храни, действайки като бариера.

Във фармацевтичната индустрия

Добавя се като средство против слепване, сгъстяване, желиране и като помощно средство, тоест като помощно средство за таблетиране на различни лекарства и витамини.

В козметиката и личната хигиена

Използва се в множество продукти: в пудри за лице, сенки за очи, очна линия, червила, ружове, препарати за отстраняване на грим, прахове, прахове за крака, бои за коса и избелвания.

Също в масла и соли за вана, вани с пяна, кремове за ръце и тяло, овлажнители, дезодоранти, кремове за лице или маски (с изключение на кремове за бръснене), парфюми, лосиони и почистващи кремове.

Също така в нощни хидратиращи кремове, лакове за нокти и бои, освежаващи лосиони за кожа, тонери за коса, паста за зъби, балсами за коса, гелове за тен и кремове.

При терапевтични приложения

SiO ₂ присъства в биоактивни очила или в биоскла, чиято основна характеристика е, че те могат да реагират химически с биологичната среда, която ги заобикаля, образувайки силна и трайна връзка с жива тъкан.

Този вид материал се използва за направата на костни заместители като тези в лицето, като "скелета", върху които ще растат костните клетки. Те са показали добра биосъвместимост както с костите, така и с меките тъкани.

Тези биогласи ще позволят да се възстановят костите от лицето на хора, които са ги загубили случайно или болестно.

Рискове

Много фините частици силициев диоксид могат да се пренесат във въздуха и да образуват неексплозивни прашинки. Но този прах може да раздразни кожата и очите. Вдишването му причинява дразнене на дихателните пътища.

В допълнение, вдишването на силициев прах причинява дългосрочно прогресивно увреждане на белите дробове, наречено силикоза.

Препратки

1. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Силициев диоксид. Възстановени от pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
3. Da Silva, MR и др. (2017). Техники за извличане на зелено. Сорбенти на основата на силициев диоксид. В комплексна аналитична химия. Възстановени от sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (редактор). (2018). Биоактивни очила: материали, свойства и приложения (второ издание). Elsevier. Възстановени от books.google.co.ve.
5. Windholz, M. et al. (редактори) (1983) The Merck Index. Енциклопедия на химикали, лекарства и биологични вещества. Десето издание. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. и Suni, T. (2015). Плътен филм SOI вафли. В Наръчник за материали и технологии на базата на силиций (Второ издание). Възстановени от sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. et al. (2010 г.). Термооптични превключватели. Силиконови нанокристали. Възстановени от sciencedirect.com.