OXID DE SILICIU (SIO2): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI, OBȚINERE - FIZIC - 2025

Oxid de siliciu este un solid anorganic format prin legarea unui atom de siliciu și doi atomi de oxigen. Formula sa chimică este SiO ₂ . Acest compus natural se mai numește silice sau dioxid de siliciu.

SiO ₂ este cel mai abundent mineral din scoarța terestră, deoarece nisipul este compus din silice. În funcție de structura sa, silica poate fi cristalină sau amorfă. Este insolubil în apă, dar se dizolvă în alcaline și acid fluorhidric HF.

Sand este o sursă de dioxid de siliciu SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Sursa: Wikimedia Commons.

SiO ₂ este de asemenea prezentă în structura anumitor plante, bacterii și fungi. Tot în scheletele organismelor marine. Pe lângă nisip, există și alte tipuri de pietre care sunt realizate din silice.

Silica este utilizată pe scară largă, îndeplinind o varietate de funcții. Cea mai răspândită utilizare este ca material de filtrare pentru lichide precum uleiuri și produse petroliere, băuturi precum bere și vin, precum și sucuri de fructe.

Dar are multe alte aplicații. Unul dintre cele mai utile și importante este fabricarea de ochelari bioactivi, care fac posibilă realizarea de „schele” unde celulele osoase cresc pentru a produce bucăți osoase care lipsesc din cauza accidentului sau a bolii.

Structura

Dioxidul de siliciu SiO ₂ este o moleculă cu trei atomi, în care atomul de siliciu este legat la doi atomi de oxigen legați covalent.

Structura chimică a SiO ₂ moleculei . Grasso Luigi. Sursa: Wikimedia Commons.

Unitatea structurală a silicei solide ca atare este un tetraedru în care un atom de siliciu este înconjurat de 4 atomi de oxigen.

Unitatea structurală a siliceului solid: gri = siliciu, roșu = oxigen. Benjah-bmm27. Sursa: Wikimedia Commons.

Tetrahedra se leagă împreună prin împărțirea atomilor de oxigen din vârfurile lor contigue.

De aceea, un atom de siliciu împarte fiecare dintre cei 4 atomi de oxigen la jumătate și acest lucru explică relația din compusul de 1 atom de siliciu la 2 atomi de oxigen (SiO ₂ ).

Tetraedre parts oxigenii în SiO ₂ . Benjah-bmm27. Sursa: Wikimedia Commons.

SiO ₂ compuși sunt împărțiți în două grupe: silice cristalină și dioxid de siliciu amorf.

Compușii de silice cristalină au structuri repetate de siliciu și oxigen.

Silica cristalină are unități de repetare. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego proiecte wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Sursa: Wikimedia Commons.

Tot cristalul de silice poate fi considerat ca o moleculă uriașă, în care stratul de cristal este foarte puternic. Tetraedrul poate fi legat în diferite moduri, dând naștere la diverse forme cristaline.

În silice amorfă, structurile sunt atașate aleatoriu, fără a urma un model regulat definit între molecule și acestea sunt într-o relație spațială diferită între ele.

În silice amorfă legăturile nu sunt repetitive sau uniforme. Silica.svg: * Silica.jpg: ro: Utilizator: Jdrewittderivative lucrare: Matt. Sursa: Wikimedia Commons.

Nomenclatură

-Sxid de siliciu

-Dioxid de siliciu

-Silice

-Cuarţ

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilane

Proprietăți

Stare fizică

Solid incolor până la gri.

Proba de SiO ₂ pur. LHcheM. Sursa: Wikimedia Commons.

Greutate moleculară

60,084 g / mol

Punct de topire

1713 ºC

Punct de fierbere

2230 ºC

Densitate

2.17-2.32 g / cm ³

Solubilitate

Insolubil în apă. Silica amorfa este solubila in alcaline, mai ales daca este fin divizata. Solubil în acidul fluorhidric HF.

Silica amorfa este mai putin hidrofila, adica mai putin legata de apa decat cea cristalina.

Proprietăți chimice

SiO ₂ sau silice este în mod esențial inert la majoritatea substanțelor, este foarte puțin reactivă.

Rezisturi atacul de clor Cl ₂ , brom Br ₂ , hidrogen H ₂ și majoritatea acizilor , la temperatura camerei sau ușor mai mare. Este atacat de fluorul F ₂ , acidul fluorhidric HF și de alcalii cum ar fi carbonatul de sodiu Na ₂ CO ₃ .

SiO _{2 se} poate combina cu elemente metalice și oxizi pentru a forma silicati. Dacă silica este topită cu carbonați de metale alcaline la aproximativ 1300 ° C, se obțin silicați alcalini și CO ₂ este evoluat .

Nu este combustibil. Are o conductivitate termică scăzută.

Prezența în natură

Principala sursă de silice în natură este nisipul.

SiO ₂ sau silice este sub formă de trei soiuri cristaline: quartz (cel mai stabil), tridimit și cristobalit. Formele amorfe de silice sunt agat, iaspăr și onix. Opalul este o silice hidratată amorfă.

Există, de asemenea, așa-numita silice biogenă, adică cea generată de organismele vii. Surse de acest tip de silice sunt bacteriile, ciupercile, diatomele, bureții de mare și plantele.

Părțile strălucitoare, dure și din bambus și paie conțin silice, iar scheletele unor organisme marine au, de asemenea, o proporție mare de silice; cu toate acestea, cele mai importante sunt pământurile diatomate.

Pământurile diatomate sunt produse geologice ale organismelor unicelulare (alge) în descompunere.

Alte tipuri de silice naturală

În natură există și următoarele varietăți:

- silice vitreice care sunt ochelari vulcanici

- Lechaterielite care sunt ochelari naturali produși prin fuziunea materialului siliceu sub impactul meteoriților

- silice topită care este încălzită cu silice până la faza lichidă și răcită fără a-i permite cristalizarea

Obținerea

Silica din nisipuri se obține direct din cariere.

Cariera de nisip din California. Puf crema cu tuf. Sursa: Wikimedia Commons.

Diatomitul sau pământul diatomac se obține și în acest fel, folosind excavatoare și echipamente similare.

Silica amorfa este preparată pornind de la soluții apoase de silicat de metal alcalin (cum ar fi sodiu Na) prin neutralizare cu acid, cum ar fi acidul sulfuric H ₂ SO ₄ , acid clorhidric HCl sau dioxid de carbon CO ₂ .

Dacă pH-ul final al soluției este neutru sau alcalin, se obține silice precipitată. Dacă pH-ul este acid, se obține gel de silice.

Silica fumată este preparată prin arderea unui compus volatil de siliciu, de obicei tetraclorură de siliciu SiCl ₄ . Silice precipitată este obținută dintr-o soluție apoasă de silicați la care se adaugă acid.

Silica coloidală este o dispersie stabilă a particulelor de dimensiuni coloidale de silice amorfă într-o soluție apoasă.

Aplicații

În diferite aplicații

Silica sau SiO ₂ are o mare varietate de funcții, de exemplu, servește ca un produs abraziv, absorbant, anti-coaking, umplutură, opacifier și pentru a promova suspendarea altor substanțe, printre multe alte moduri de utilizare.

Se folosește de exemplu:

-În fabricarea sticlei, a ceramicii, a materialelor refractare, a materialelor abrazive și a sticlei cu apă

-Decolorarea și purificarea uleiurilor și produselor petroliere

-În formele de turnare

-Este agent anti-caking pentru pulberi de tot felul

- Ca defoamer

-Pentru a filtra lichide, cum ar fi solvenții de curățare uscată, apa de la piscină și apele uzate municipale și industriale

-În fabricarea izolației termice, a cărămizilor ignifuge și a materialelor de ambalare rezistente la foc și a acidului

-Este umplutură la fabricarea de hârtii și carton, pentru a le face mai rezistente

-Cum umplutură pentru vopsele pentru a-și îmbunătăți debitul și culoarea

-În materialele pentru lustruirea metalelor și a lemnului, deoarece produce abraziune

-În laboratoarele de analiză chimică în cromatografie și ca absorbant

-Pentru agent anti-caking în formule insecticide și agrochimice, pentru a ajuta la macinarea pesticidelor ceroase și ca purtător al compusului activ

- Ca suport catalizator

-Pentru umplere pentru a consolida cauciucurile sintetice și cauciucurile

-Este purtător de lichide în hrana animalelor

-In cerneluri de imprimare

-Cum desicant și adsorbant, sub formă de silicagel

-Este aditiv în ciment

-Cum nisip pentru animale de companie

-In izolatori pentru microelectronica

-Spre întrerupătoare termo-optice

Gel de silice. KENPEI. Sursa: Wikimedia Commons.

În industria alimentară

Silica amorfa este încorporată într-o varietate de produse alimentare ca ingredient direct multifuncțional în diferite tipuri de alimente. Nu trebuie să depășească 2% din produsele alimentare finite.

De exemplu, servește ca agent anti-caking (pentru a preveni lipirea anumitor alimente), ca stabilizator în producția de bere, ca anti-precipitat, pentru a filtra vinul, berea și sucurile de fructe sau legume.

Echipament pentru filtrarea vinului cu pământ diatomac (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Sursa: Wikimedia Commons.

Acționează ca un absorbant de lichide în unele alimente și o componentă a microcapsulelor pentru uleiuri aromatizante.

În plus, SiO ₂ amorf este aplicat printr-un proces special pe suprafața materialelor plastice din articolele de ambalare a alimentelor, care acționează ca o barieră.

În industria farmaceutică

Se adaugă ca agent anti-caking, îngroșare, gelifiant și ca excipient, adică ca ajutor de tabletă pentru diverse medicamente și vitamine.

În industria produselor cosmetice și de îngrijire personală

Se folosește într-o multitudine de produse: în pulberi pentru față, farduri de ochi, dermatograf, rujuri, farduri, îndepărtătoare de machiaj, pulberi, pulberi pentru picioare, coloranți pentru păr și înălbitori.

De asemenea, în uleiuri și săruri de baie, băi de spumă, creme de mâini și de corp, hidratante, deodorante, creme de față sau măști (cu excepția cremelor de bărbierit), parfumuri, loțiuni și creme de curățare.

De asemenea, în noaptea creme hidratante, lacuri de unghii și vopsele, loțiuni revigorante pentru piele, tonifiante pentru păr, pastă de dinți, balsamuri de păr, geluri bronzante și creme.

În aplicații terapeutice

SiO ₂ este prezentă în pahare sau bioglasses bioactive a căror caracteristică principală este că acestea pot reacționa chimic cu mediul biologic care îi înconjoară, formând o legătură puternică și de durată cu țesutul viu.

Acest tip de material este utilizat pentru a realiza înlocuitori osoși, cum sunt cei de pe față, ca „schele” pe care vor crește celulele osoase. Au dovedit o biocompatibilitate bună atât cu oasele, cât și cu țesuturile moi.

Aceste bioglase vor face posibilă recuperarea oaselor de pe fața persoanelor care le-au pierdut din cauza accidentului sau bolii.

riscuri

Particulele de silice foarte fine pot deveni aeriene și pot forma prafuri neexplosive. Dar acest praf poate irita pielea și ochii. Inhalarea sa provoacă iritarea tractului respirator.

În plus, inhalarea prafului de silice provoacă deteriorarea progresivă pe termen lung a plămânilor, numită silicoză.

Referințe

1. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Dioxid de siliciu. Recuperat din pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
3. Da Silva, MR și colab. (2017). Tehnici de extracție verde. Sorbenți pe bază de silice. În chimie analitică completă. Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (editor). (2018). Ochelari bioactivi: materiale, proprietăți și aplicații (ediția a doua). Elsevier. Recuperat din books.google.co.ve.
5. Windholz, M. și colab. (editori) (1983) The Merck Index. O enciclopedie de produse chimice, medicamente și produse biologice. Ediția a X-a Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. și Suni, T. (2015). Plăci SOI cu film gros. În Manualul materialelor și tehnologiilor MEMS bazate pe silicon (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. și colab. (2010). Întrerupătoare termo-optice. Nanocristale de siliciu. Recuperat de la sciencedirect.com.