Struktura tlenku krzemu (SiO2), właściwości, zastosowanie, produkcja

1706
Anthony Golden

Plik tlenek krzemu Jest to nieorganiczna substancja stała utworzona przez połączenie atomu krzemu i dwóch atomów tlenu. Jego wzór chemiczny to SiOdwa. Ten naturalny związek nazywany jest również krzemionką lub dwutlenkiem krzemu..

SiOdwa Jest to najobficiej występujący minerał w skorupie ziemskiej, ponieważ piasek składa się z krzemionki. W zależności od swojej struktury krzemionka może być krystaliczna lub bezpostaciowa. Jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszcza się w alkaliach i kwasie fluorowodorowym HF.

Piasek jest źródłem dwutlenku krzemu SiOdwa. ರವಿಮುಂ [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

SiOdwa występuje również w strukturze niektórych roślin, bakterii i grzybów. Również w szkieletach organizmów morskich. Oprócz piasku istnieją również inne rodzaje kamieni, które są krzemionką.

Krzemionka jest szeroko stosowana, spełniając różnorodne funkcje. Najbardziej rozpowszechnione zastosowanie to materiał filtracyjny do płynów, takich jak oleje i produkty ropopochodne, napoje, takie jak piwo i wino, a także soki owocowe..

Ale ma wiele innych zastosowań. Jednym z najbardziej użytecznych i ważnych jest produkcja szkieł bioaktywnych, które pozwalają na tworzenie „rusztowań”, w których komórki kostne rosną, tworząc fragmenty kości, których brakuje w wyniku wypadku lub choroby..

Indeks artykułów

  • 1 Struktura
  • 2 Nazewnictwo
  • 3 Właściwości
    • 3.1 Stan fizyczny
    • 3.2 Masa cząsteczkowa
    • 3.3 Temperatura topnienia
    • 3.4 Temperatura wrzenia
    • 3.5 Gęstość
    • 3.6 Rozpuszczalność
    • 3.7 Właściwości chemiczne
  • 4 Obecność w przyrodzie
    • 4.1 Inne rodzaje naturalnej krzemionki
  • 5 Otrzymywanie
  • 6 zastosowań
    • 6.1 W różnych zastosowaniach
    • 6.2 W przemyśle spożywczym
    • 6.3 W przemyśle farmaceutycznym
    • 6.4 W branży kosmetycznej i higieny osobistej
    • 6.5 W zastosowaniach terapeutycznych
  • 7 Ryzyka
  • 8 Odniesienia

Struktura

Dwutlenek krzemu SiOdwa jest cząsteczką złożoną z trzech atomów, w której atom krzemu jest połączony wiązaniami kowalencyjnymi z dwoma atomami tlenu.

Budowa chemiczna cząsteczki SiOdwa. Grasso Luigi [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Jednostką strukturalną stałej krzemionki jako takiej jest czworościan, w którym jeden atom krzemu jest otoczony 4 atomami tlenu.

Jednostka strukturalna stałej krzemionki: szary = krzem, czerwony = tlen. Benjah-bmm27 [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Czworościany są połączone razem przez wspólne atomy tlenu w ich sąsiadujących wierzchołkach.

Dlatego atom krzemu dzieli każdy z 4 atomów tlenu na pół, co wyjaśnia związek między 1 atomem krzemu a 2 atomami tlenu (SiOdwa).

Czworościany dzielą tlen w SiOdwa. Benjah-bmm27 [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Związki SiOdwa dzielą się na dwie grupy: krzemionkę krystaliczną i krzemionkę bezpostaciową.

Krystaliczne związki krzemionki mają powtarzalne wzorcowe struktury krzemu i tlenu.

Krzemionka krystaliczna ma powtarzające się jednostki. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Cały kryształ krzemionki można uznać za gigantyczną cząsteczkę, w której sieć krystaliczna jest bardzo silna. Czworościany można łączyć na różne sposoby, dając początek różnym formom krystalicznym.

W krzemionce bezpostaciowej struktury są przyłączane losowo, bez określonego regularnego wzoru między cząsteczkami i są one w różnych stosunkach przestrzennych między sobą..

W krzemionce bezpostaciowej wiązania nie są powtarzalne ani jednorodne. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Użytkownik: Jdrewitt praca pochodna: Matt [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

-Tlenek krzemu

-Dwutlenek krzemu

-Krzemionka

-Kwarc

-Trydymit

-Cristobalita

-Dioksosilan

Nieruchomości

Stan fizyczny

Ciało stałe bezbarwne do szarego.

Próbka SiOdwa czysty. LHcheM [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

60,084 g / mol

Temperatura topnienia

1713 ° C

Temperatura wrzenia

2230 ºC

Gęstość

2,17-2,32 g / cm3

Rozpuszczalność

Nierozpuszczalne w wodzie. Amorficzna krzemionka jest rozpuszczalna w alkaliach, zwłaszcza jeśli jest drobno rozdrobniona. Rozpuszczalny w kwasie fluorowodorowym HF.

Amorficzna krzemionka jest mniej hydrofilowa, to znaczy mniej spokrewniona z wodą niż krystaliczna.

Właściwości chemiczne

SiOdwa o Krzemionka jest zasadniczo obojętna na większość substancji, jest bardzo mało reaktywna.

Odporny na atak chloru Cldwa, brom Brdwa, wodór H.dwa iz większości kwasów w temperaturze pokojowej lub nieco wyższej. Jest atakowany przez fluor F.dwa, kwas fluorowodorowy HF i zasady, takie jak węglan sodu NadwaWSPÓŁ3.

SiOdwa Może łączyć się z pierwiastkami metalicznymi i tlenkami, tworząc krzemiany. Jeśli krzemionka stapia się z węglanami metali alkalicznych w temperaturze około 1300 ° C, otrzymuje się krzemiany alkaliczne i uwalnia się CO.dwa.

Nie jest palny. Ma niską przewodność cieplną.

Obecność w przyrodzie

Głównym źródłem krzemionki w przyrodzie jest piasek.

SiOdwa lub krzemionka występuje w postaci trzech odmian krystalicznych: kwarcu (najbardziej stabilny), trydymitu i krystobalitu. Amorficzne formy krzemionki to agat, jaspis i onyks. Opal to bezpostaciowa uwodniona krzemionka.

Występuje również tak zwana krzemionka biogenna, czyli ta wytwarzana przez organizmy żywe. Źródłami tego typu krzemionki są bakterie, grzyby, okrzemki, gąbki morskie i rośliny.

Błyszczące, twarde części bambusa i słomy zawierają krzemionkę, a szkielety niektórych organizmów morskich również zawierają dużo krzemionki; jednak najważniejsze to ziemie okrzemkowe.

Ziemie okrzemkowe to produkty geologiczne zepsutych organizmów jednokomórkowych (glonów).

Inne rodzaje naturalnej krzemionki

W naturze występują również następujące odmiany:

- Szkliste krzemionki, które są szkłami wulkanicznymi

- Lechaterielity, które są naturalnymi szkłami powstałymi w wyniku stopienia materiału krzemionkowego pod wpływem meteorytów

- Topiona krzemionka, czyli krzemionka podgrzewana do fazy ciekłej i chłodzona bez umożliwienia jej krystalizacji

Otrzymywanie

Krzemionka z piasków pozyskiwana jest bezpośrednio z kamieniołomów.

Kamieniołom piasku w Kalifornii. Ptyś kremowy z batalionem [CC0]. Źródło: Wikimedia Commons.

Ziemię okrzemkową lub okrzemkową uzyskuje się również w ten sposób przy użyciu koparek i podobnego sprzętu..

Krzemionka amorficzna jest przygotowywana z wodnych roztworów krzemianu metalu alkalicznego (np. Sodu Na) przez zobojętnienie kwasem, np. Kwasem siarkowym Hdwapołudniowy zachód4, kwas solny HCl lub dwutlenek węgla COdwa.

Jeśli końcowe pH roztworu jest obojętne lub zasadowe, uzyskuje się strącaną krzemionkę. Jeśli pH jest kwaśne, uzyskuje się żel krzemionkowy.

Krzemionka pirogeniczna jest przygotowywana przez spalanie lotnego związku krzemu, zwykle czterochlorku krzemu SiCl4. Krzemionkę strącaną otrzymuje się z wodnego roztworu krzemianów, do którego dodaje się kwas.

Krzemionka koloidalna to stabilna dyspersja cząstek amorficznej krzemionki o wielkości koloidalnej w roztworze wodnym.

Aplikacje

W różnych zastosowaniach

Krzemionka lub SiOdwa Pełni różnorodne funkcje, między innymi jako środek ścierny, wchłaniający, przeciwzbrylający, wypełniający, zmętniający oraz jako środek ułatwiający zawieszanie innych substancji, a także w wielu innych zastosowaniach..

Jest używany na przykład:

-W produkcji szkła, ceramiki, materiałów ogniotrwałych, materiałów ściernych i szkła wodnego

-Odbarwianie i oczyszczanie olejów i produktów ropopochodnych

-W formach odlewniczych

-Jako środek przeciwzbrylający do wszelkiego rodzaju proszków

-Jako środek przeciwpieniący

-Do filtrowania cieczy, takich jak rozpuszczalniki do czyszczenia na sucho, woda basenowa oraz ścieki komunalne i przemysłowe

-Do produkcji izolacji cieplnych, cegieł ogniochronnych, ognioodpornych i kwasoodpornych materiałów opakowaniowych

-Jako wypełniacz w produkcji papieru i tektury, aby były bardziej odporne

-Jako wypełniacz do farb poprawiający rozlewność i kolor

-W materiałach do polerowania metali i drewna, ponieważ nadaje im właściwości ścierne

-W laboratoriach analiz chemicznych w chromatografii i jako absorbent

-Jako środek przeciwzbrylający w preparatach owadobójczych i agrochemicznych, do rozdrabniania woskowatych pestycydów oraz jako nośnik substancji czynnej

-Jako nośnik katalizatora

-Jako wypełniacz wzmacniający kauczuki i kauczuki syntetyczne

-Jako płynny nośnik w paszach dla zwierząt

-W farbach drukarskich

-Jako środek osuszający i adsorbent w postaci żelu krzemionkowego

-Jako dodatek do cementu

-Jak żwirek dla zwierząt

-W izolatorach dla mikroelektroniki

-Na przełącznikach termooptycznych

Żel krzemionkowy. KENPEI [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]. Źródło: Wikimedia Commons.

W przemyśle spożywczym

Krzemionka amorficzna jest dodawana do różnych produktów spożywczych jako wielofunkcyjny bezpośredni składnik różnych rodzajów żywności. Nie powinien przekraczać 2% gotowej żywności.

Na przykład służy jako środek przeciwzbrylający (zapobiegający przywieraniu niektórych produktów spożywczych), jako stabilizator w produkcji piwa, jako środek przeciw strącaniu, do filtrowania wina, piwa i soków owocowych lub warzywnych.

Sprzęt do filtrowania wina z ziemią okrzemkową (SiOdwa). Fabio Ingrosso [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Działa jako absorbent płynów w niektórych produktach spożywczych oraz składnik mikrokapsułek do olejków smakowych.

Ponadto SiOdwa Amorficzny jest nakładany w specjalnym procesie na powierzchnię tworzyw sztucznych artykułów do pakowania żywności, działając jako bariera.

W przemyśle farmaceutycznym

Jest dodawany jako środek przeciwzbrylający, zagęszczający, żelujący oraz jako zaróbka, czyli jako pomoc w tabletkowaniu różnych leków i witamin.

W branży kosmetycznej i higieny osobistej

Znajduje zastosowanie w wielu produktach: w pudrach do twarzy, cieniach do powiek, kredkach do oczu, pomadkach, różach, demakijażu, pudrach, pudrach do stóp, farbach do włosów i wybielaczach.

Również w olejkach i solach do kąpieli, płynach do kąpieli, kremach do rąk i ciała, nawilżaczach, dezodorantach, kremach lub maseczkach do twarzy (z wyjątkiem kremów do golenia), perfumach, balsamach i kremach oczyszczających.

Również w kremach nawilżających na noc, lakierach i błyszczykach do paznokci, balsamach do odświeżania skóry, tonikach do włosów, pastach do zębów, odżywkach do włosów, żelach i kremach do opalania.

W zastosowaniach terapeutycznych

SiOdwa Występuje w bioaktywnych szkłach lub bioszkłach, których główną cechą jest to, że mogą reagować chemicznie z otaczającym je środowiskiem biologicznym, tworząc silną i trwałą więź z żywą tkanką..

Ten rodzaj materiału jest używany do wykonywania substytutów kości, takich jak te znajdujące się na twarzy, jako „rusztowania”, na których będą rosnąć komórki kostne. Wykazały dobrą biozgodność zarówno z kośćmi, jak i tkankami miękkimi.

Bioszkła pozwolą odzyskać kości twarzy osobom, które straciły je w wyniku wypadku lub choroby.

Ryzyka

Bardzo drobne cząsteczki krzemionki mogą unosić się w powietrzu i tworzyć niewybuchowe pyły. Ale ten pył może podrażniać skórę i oczy. Wdychanie powoduje podrażnienie dróg oddechowych.

Ponadto wdychanie pyłu krzemionkowego powoduje długotrwałe postępujące uszkodzenie płuc, zwane krzemicą..

Bibliografia

  1. NAS. National Library of Medicine. (2019). Dwutlenek krzemu. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  2. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
  3. Da Silva, M.R. et al. (2017). Techniki zielonej ekstrakcji. Sorbenty na bazie krzemionki. W kompleksowej chemii analitycznej. Odzyskany z sciencedirect.com.
  4. Ylänen, H. (redaktor). (2018). Okulary bioaktywne: materiały, właściwości i zastosowania (wydanie drugie). Elsevier. Odzyskany z books.google.co.ve.
  5. Windholz, M. i in. (redaktorzy) (1983) The Merck Index. Encyklopedia chemikaliów, leków i środków biologicznych. Wydanie dziesiąte. Merck & CO., Inc.
  6. Mäkinen, J. i Suni, T. (2015). Wafle grubowarstwowe SOI. W Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (drugie wydanie). Odzyskany z sciencedirect.com.
  7. Sirleto, L. i in. (2010). Przełączniki termooptyczne. Nanokryształy krzemu. Odzyskany z sciencedirect.com.

Jeszcze bez komentarzy