SILICIJEV OKSID (SIO2): STRUKTURA, SVOJSTVA, UPOTREBA, DOBIVANJE - FIZIČKA - 2024

Silicijevog oksida je anorganska krutina oblikovan spajanjem atoma silicija i dva kisika. Njegova kemijska formula je SiO ₂. Ovaj prirodni spoj naziva se i silika ili silicijev dioksid.

SiO ₂ je najzastupljeniji mineral u zemljinoj kori, jer je pijesak sastavljen od silicijevog dioksida. Ovisno o svojoj strukturi, silicij može biti kristalni ili amorfni. Nerastvorljiv je u vodi, ali otapa se u lužinama i HF-fluorovodičnoj kiselini.

Pijesak je izvor silicijevog dioksida SiO ₂. ರವಿಮುಂ. Izvor: Wikimedia Commons.

SiO ₂ prisutan je i u strukturi određenih biljaka, bakterija i gljivica. Također u kosturima morskih organizama. Osim pijeska, postoje i druge vrste kamenja izrađene od silike.

Silicij se široko koristi, ispunjavajući razne funkcije. Najraširenija upotreba je kao filtrirni materijal za tekućine poput ulja i naftnih derivata, pića poput piva i vina, kao i voćne sokove.

Ali ima i mnogo drugih primjena. Jedno od najkorisnijih i najvažnijih je u proizvodnji bioaktivnih naočala, koja omogućuju izradu "skela" na kojima koštane stanice rastu kako bi se stvorili dijelovi kosti koji nedostaju slučajno ili zbog bolesti.

Struktura

Silicijev dioksid SiO ₂ je tri atoma molekulu u kojoj je atom silicija je vezana na dva kovalentno vezanih atoma kisika.

Kemijska struktura SiO ₂ molekule. Grasso Luigi. Izvor: Wikimedia Commons.

Strukturna jedinica čvrstog silicija kao takva je tetraedar u kojem je jedan atom silicija okružen sa 4 atoma kisika.

Strukturna jedinica čvrstog silicijevog dioksida: siva = silicij, crvena = kisik. Benjah-bmm27. Izvor: Wikimedia Commons.

Tetrahedre se vežu zajedno dijeleći atome kisika iz njihovih neposrednih vrhova.

Zato je atom silicija dijeli svaki od 4 atoma kisika u pola i to objašnjava odnos u spoju 1 atom silicija do 2 atoma kisika (SiO ₂).

Tetraedri dijele atoma kisika u SiO ₂. Benjah-bmm27. Izvor: Wikimedia Commons.

SiO ₂ spojevi su podijeljeni u dvije skupine: kristalni silicij i amorfni silicij.

Kristalni silicijevi spojevi imaju strukture ponavljajućeg uzorka silicija i kisika.

Kristalni silicij ima ponavljajuće jedinice. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projekta wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Izvor: Wikimedia Commons.

Sav kristalni dioksid se može smatrati divovskom molekulom u kojoj je kristalna rešetka vrlo jaka. Tetraedre se mogu povezati na različite načine, stvarajući različite kristalne oblike.

U amorfnom silicijum dioksidu strukture se spajaju nasumično, bez slijedećeg redovitog uzorka između molekula i one su u različitom prostornom odnosu jedna s drugom.

U amorfnom silicijevom dioksidu veze se ne ponavljaju ili su jednolike. Silica.svg: * Silica.jpg: hr: Korisnik: Jdrewittderivativni rad: Matt. Izvor: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

-Silikonov oksid

-Silicij dioksid

-Silica

-Kvarcni

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilane

Svojstva

Psihičko stanje

Bezbojna do siva kruta tvar.

Uzorak čistog SiO ₂. LHcheM. Izvor: Wikimedia Commons.

Molekularna težina

60.084 g / mol

Talište

1713 ºC

Vrelište

2230 ºC

Gustoća

2,17-2,32 g / cm ³

Topljivost

Netopljivo u vodi. Amorfni silicijev dioksid je topiv u alkalijama, posebno ako je fino podijeljen. Topivo u HF fluorovodičnoj kiselini.

Amorfni silicijev dioksid manje je hidrofilni, to jest manje je povezan s vodom nego kristalni.

Kemijska svojstva

SiO ₂ ili silicijev dioksid su uglavnom inertni za većinu tvari, vrlo su malo reaktivni.

Odupire napad od klora Cl ₂, brom Br ₂, vodik, H ₂ i kiselinama pri sobnoj temperaturi ili nešto viši. Ona je napadnuta fluorom F ₂, fluorovodične kiseline HF i lužine, kao što je natrijev karbonat Na ₂ CO ₃.

SiO ₂ može se kombinirati s metalnim elementima i oksidima, da tvore silikate. Ako se silicij rastopi s karbonatima alkalnih metala na oko 1300 ° C, dobivaju se alkalijski silikati i razvija se CO ₂.

Nije zapaljiva. Ima nisku toplinsku vodljivost.

Prisutnost u prirodi

Glavni izvor silike u prirodi je pijesak.

SiO ₂ ili silicijev dioksid je u obliku tri kristalne sorte: kvarc (najstabilniji), tridimit i kristabalit. Amorfni oblici silicijevog dioksida su ahat, jaspis i oniks. Opal je amorfni hidratizirani silicij.

Postoji i takozvani biogeni silicijev dioksid, tj. Koji nastaju živim organizmima. Izvori ove vrste silicija su bakterije, gljivice, dijatomeji, morske spužve i biljke.

Sjajni, tvrdi dijelovi od bambusa i slame sadrže silicijum, a i skeleti nekih morskih organizama također imaju visok udio silicija; ipak najvažnije su dijatomejske zemlje.

Dijatomejska zemlja je geološki produkt raspadnutih jednoćelijskih organizama (alge).

Ostale vrste prirodnog silicija

U prirodi postoje i sljedeće sorte:

- Staklasti silikoni koji su vulkanske čaše

- Lehaterieliti koji su prirodna stakla nastala fuzijom silicijevog materijala pod utjecajem meteorita

- Spojeni silicijev dioksid koji se silika zagrijava do tekuće faze i hladi bez da se kristalizira

dobivanje

Silicij iz pijeska dobiva se izravno iz kamenoloma.

Kamenolom pijeska u Kaliforniji. Ruff tuff krem ​​puff. Izvor: Wikimedia Commons.

Na ovaj se način dobiva i dijatomejska ili dijatomejska zemlja pomoću bagera i slične opreme.

Amorfni silicijev dioksid je pripravljen počevši od vodene otopine silikata alkalnih metala (kao što su natrij Na) neutralizacijom sa kiselinom, kao što je sumporna kiselina H ₂ SO ₄, klorovodična kiselina HCl ili ugljikov dioksid CO ₂.

Ako je konačni pH otopine neutralan ili alkalan, dobiva se istaloženi silicijev dioksid. Ako je pH kiseo, dobiva se silikagel.

Silicij dioksid je pripravljen izgaranjem volatile silicijevog spoja, obično silicij tetraklorid SiCl ₄. Istaloženi silicijev dioksid dobiva se iz vodene otopine silikata kojoj je dodana kiselina.

Koloidni silicij je stabilna disperzija čestica koloidne veličine amorfnog silicija u vodenoj otopini.

Prijave

U raznim primjenama

Silika ili SiO ₂ ima široku paletu funkcija, na primjer, služi kao abraziv, upijajuće sredstvo, sredstvo protiv liječenja, punilo, opazifikator i potiče suspenziju drugih tvari, među mnogim drugim načinima uporabe.

Koristi se na primjer:

-U proizvodnji stakla, keramike, vatrostalnih materijala, abraziva i vodenog stakla

-Obojenje i pročišćavanje ulja i naftnih derivata

-U kalupe za lijevanje

-Kao sredstvo za liječenje svih vrsta praha

-Kao odbojnik

- Za filtriranje tekućina poput otapala za kemijsko čišćenje, vode u bazenu te komunalnih i industrijskih otpadnih voda

-Proizvodi toplinske izolacije, opeke otporne na vatru i ambalažni materijali otporni na vatru i kiselinu

-Kao punilo u proizvodnji papira i kartona, kako bi bili otporniji

-Kao punilo za boje za poboljšanje protoka i boje

-U materijala za poliranje metala i drveta, jer daje abrazivnost

-U laboratorijima za kemijsku analizu u kromatografiji i kao apsorbent

-Kako je sredstvo protiv liječenja u insekticidnim i agrokemijskim formulama, kao pomoć u mljevenju voštanih pesticida i kao nosilac aktivnog spoja

-Kao podrška katalizatora

-Kao punilo za ojačavanje sintetičkih guma i guma

-Kao prijenosnik tekućina u hrani za životinje

-U ispisnim bojama

-Kao sušilo i adsorbens, u obliku silikagela

-Kao dodatak u cementu

- Kao pijesak za kućne ljubimce

-U izolatore za mikroelektroniku

-Na termo-optičkim prekidačima

Silikonski gel. KENPEI. Izvor: Wikimedia Commons.

U prehrambenoj industriji

Amorfni silicijev dioksid uključen je u različite prehrambene proizvode kao višenamjenski izravni sastojak u raznim vrstama hrane. Ne smije prelaziti 2% gotove hrane.

Na primjer, služi kao sredstvo protiv liječenja (kako bi se spriječilo da se određena hrana zalijepi), kao stabilizator u proizvodnji piva, kao sredstvo protiv taloženja, za filtriranje sokova od vina, piva i voća ili povrća.

Oprema za filtriranje vina s dijatomejskom zemljom (SiO ₂). Fabio Ingrosso. Izvor: Wikimedia Commons.

Djeluje kao apsorbens tekućine u nekim namirnicama i sastojak mikrokapsula za ulja za aromatiziranje.

Osim toga, amorfni SiO ₂ primjenjuje kroz poseban postupak na površini plastike za pakiranje hrane članaka, djeluje kao barijera.

U farmaceutskoj industriji

Dodaje se kao sredstvo protiv liječenja, zadebljanja, geliranja i pomoćno sredstvo, to jest kao sredstvo za tabletiranje raznih lijekova i vitamina.

U industriji kozmetike i osobne njege

Koristi se u mnoštvu proizvoda: u puderima za lice, sjenilima, kapcima za usne, ružima za usne, rumenilima, sredstvima za uklanjanje šminke, puderima, puderima za stopala, bojama za kosu i izbjeljivačima.

Također u uljima i solima za kupanje, pjenastim kupkama, kremama za ruke i tijelo, ovlaživačima, dezodoransima, kremama za lice ili maskama (osim kreme za brijanje), parfemima, losionima i kremama za čišćenje.

Također u noćnim hidratantnim kremama, lakovima za nokte i bojama, losionima za osvježavanje kože, tonikima za kosu, pastama za zube, balzamima za kosu, gelovima za sunčanje i kremama.

U terapijskim primjenama

SiO ₂ prisutan je u bioaktivnim čašama ili bioglasnicima čija je glavna karakteristika da kemijski mogu reagirati s biološkim okruženjem koje ih okružuje, tvoreći snažnu i trajnu vezu s živim tkivom.

Ova vrsta materijala koristi se za izradu koštanih nadomjestaka poput onih u licu, kao "skela" na kojima će rasti kostiju. Pokazali su dobru biokompatibilnost s kostiju i mekim tkivima.

Pomoću ovih bioglasa omogućit će se oporavak kostiju s lica ljudi koji su ih izgubili slučajno ili bolesti.

rizici

Vrlo sitne čestice silicijevog dioksida mogu se unijeti u zrak i tvore neeksplozivne prašine. Ali ta prašina može nadražiti kožu i oči. Njegovo udisanje uzrokuje iritaciju dišnih putova.

Osim toga, udisanje silikatne prašine uzrokuje dugotrajno progresivno oštećenje pluća, koje se naziva silikoza.

Reference

1. Američka nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Silicij dioksid. Oporavak od pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
3. Da Silva, MR i sur. (2017). Tehnike ekstrakcije zelene boje. Sorbenti na bazi silike. U sveobuhvatnoj analitičkoj kemiji. Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (urednik). (2018.). Bioaktivne naočale: Materijali, svojstva i primjena (drugo izdanje). Elsevier. Oporavak od books.google.co.ve.
5. Windholz, M. i sur. (urednici) (1983) The Merck Index. Enciklopedija kemikalija, lijekova i bioloških proizvoda. Deseto izdanje. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. i Suni, T. (2015). Debelo filmski SOI rezanci. U Priručniku MEMS-ovi materijali i tehnologije (drugo izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. i sur. (2010). Termo-optičke sklopke. Nanokristali silicija. Oporavljeno od sciencedirect.com.