SILĪCIJA OKSĪDS (SIO2): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS, IEGŪŠANA - FIZISKĀ - 2025

Silīcija oksīds ir neorganisks ciets ar līmvielu uz silīcija atomu un divi skābekļa veidojas. Tās ķīmiskā formula ir SiO ₂ . Šo dabisko savienojumu sauc arī par silīcija dioksīdu vai silīcija dioksīdu.

SiO ₂ ir visizplatītākais minerāls zemes garozā, jo smiltis sastāv no silīcija dioksīda. Atkarībā no tā struktūras silīcija dioksīds var būt kristālisks vai amorfs. Tas nešķīst ūdenī, bet izšķīst sārmos un HF fluorūdeņražskābē.

Smiltis ir silīcija dioksīda SiO ₂ avots . ರವಿಮುಂ. Avots: Wikimedia Commons.

SiO ₂ atrodas arī noteiktu augu, baktēriju un sēnīšu struktūrā. Arī jūras organismu skeletos. Papildus smiltīm ir arī citi akmeņu veidi, kas izgatavoti no silīcija dioksīda.

Silīcija dioksīds tiek plaši izmantots, pildot dažādas funkcijas. Visplašāk tiek izmantots kā filtrēšanas līdzeklis šķidrumiem, piemēram, eļļām un naftas produktiem, dzērieniem, piemēram, alum un vīnam, kā arī augļu sulām.

Bet tam ir daudz citu lietojumu. Viens no visnoderīgākajiem un svarīgākajiem ir bioaktīvo glāžu ražošanā, kas ļauj izgatavot “sastatnes” tur, kur aug kaulu šūnas, lai iegūtu kaulu gabalus, kas pazuduši nelaimes gadījuma vai slimības dēļ.

Uzbūve

Silīcija dioksīds SiO ₂ ir trīs atomu molekula, kurā silīcija atoms ir saistīts ar diviem kovalenti saistītiem skābekļa atomiem.

SiO ₂ molekulas ķīmiskā struktūra . Grasso Luigi. Avots: Wikimedia Commons.

Cietā silīcija dioksīda struktūrvienība kā tāda ir tetraedrs, kurā vienu silīcija atomu ieskauj 4 skābekļa atomi.

Cieta silīcija dioksīda struktūrvienība: pelēks = silīcijs, sarkans = skābeklis. Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.

Tetraedra saista kopā, sadalot skābekļa atomus no to blakus esošajām virsotnēm.

Tāpēc silīcija atoms dala katru no 4 skābekļa atomiem uz pusēm, un tas izskaidro attiecības starp 1 silīcija atomu un 2 skābekļa atomiem (SiO ₂ ).

Tetrahedra dalās ar skābekli SiO ₂ . Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.

SiO ₂ savienojumus iedala divās grupās: kristāliskais silīcija dioksīds un amorfs silīcija dioksīds.

Kristāliskajiem silīcija dioksīda savienojumiem ir atkārtotas silīcija un skābekļa struktūras.

Kristāliskajam silīcija dioksīdam ir atkārtojošas vienības. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Avots: Wikimedia Commons.

Visu silīcija kristālu var uzskatīt par milzu molekulu, kurā kristāla režģis ir ļoti spēcīgs. Tetraedru var sasaistīt dažādos veidos, radot dažādas kristāla formas.

Amorfā silīcija dioksīdā struktūras tiek piestiprinātas nejauši, nesekojot noteiktam regulāram paraugam starp molekulām, un tām ir atšķirīgas telpiskās attiecības viena ar otru.

Amorfā silīcija dioksīdā saites nav atkārtotas vai vienmērīgas. Silica.svg: * Silica.jpg: lv: Lietotājs: Jdrewittderivative work: Matt. Avots: Wikimedia Commons.

Nomenklatūra

-Silīcija oksīds

-Silikona dioksīds

-Silica

-Kvarca

-Tridimita

-Kristobalīts

-Dioksosilāns

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Bezkrāsains līdz pelēks ciets.

Tīra SiO ₂ paraugs . LHcheM. Avots: Wikimedia Commons.

Molekulārais svars

60,084 g / mol

Kušanas punkts

1713 ºC

Vārīšanās punkts

2230 ºC

Blīvums

2,17–2,32 g / cm ³

Šķīdība

Nešķīst ūdenī. Amorfs silīcija dioksīds šķīst sārmos, īpaši, ja tas ir smalki sadalīts. Šķīst fluorūdeņražskābē HF.

Amorfs silīcija dioksīds ir mazāk hidrofils, tas ir, mazāk saistīts ar ūdeni nekā kristālisks.

Ķīmiskās īpašības

SiO ₂ vai silīcija dioksīds būtībā ir inerts pret lielāko daļu vielu, tas ir ļoti maz reaģējošs.

Pretojas uzbrukumu no hlora Cl ₂ , broms Br ₂ , ūdeņradis H ₂ un lielākā daļa skābes istabas temperatūrā vai nedaudz augstāka. Tas ir uzbrukušas fluora F ₂ , fluorūdeņražskābes HF un ar sārmiem, piemēram, nātrija karbonāts Na ₂ CO ₃ .

SiO ₂ var apvienot ar metāliskiem elementiem un oksīdiem, veidojot silikātus. Ja silīcija dioksīdu izkausē ar sārmu metālu karbonātiem aptuveni 1300 ° C temperatūrā, iegūst sārmu silikātus un izdalās CO ₂ .

Tas nav degošs. Tam ir zema siltuma vadītspēja.

Klātbūtne dabā

Galvenais silīcija dioksīda avots dabā ir smiltis.

SiO ₂ vai silīcija dioksīds ir trīs kristālisku šķirņu formā: kvarca (visstabilākais), tridimīta un kristobalīta. Silīcija dioksīda amorfās formas ir ahāts, jašma un onikss. Opāls ir amorfs hidratēts silīcija dioksīds.

Pastāv arī tā saucamais biogēnais silīcija dioksīds, tas ir, tas, ko rada dzīvi organismi. Šāda veida silīcija dioksīda avoti ir baktērijas, sēnītes, diatomi, jūras sūkļi un augi.

Spīdīgās, cietās bambusa un salmu daļās ir silīcija dioksīds, un dažu jūras organismu skeletos ir arī liels silīcija dioksīda daudzums; tomēr vissvarīgākās ir diatomītiskās zemes.

Diatomīta zemes ir noārdījušos vienšūnu organismu (aļģu) ģeoloģiski produkti.

Cita veida dabīgais silīcija dioksīds

Dabā ir arī šādas šķirnes:

- Stiklveida silīcija dioksīdi, kas ir vulkāniskas glāzes

- Lehaterielīti, kas ir dabiski stikli, kas iegūti, sakausējot silīcija materiālu meteorītu ietekmē

- Kausēts silīcija dioksīds, kas silīcija uzsildīts līdz šķidrai fāzei un atdzesēts, neļaujot tam kristalizēties

Iegūšana

Silīcija dioksīdu no smiltīm iegūst tieši no karjeriem.

Smilšu karjers Kalifornijā. Ruff tuff krējuma dvesma. Avots: Wikimedia Commons.

Diatomītu vai diatomītu iegūst arī šādā veidā, izmantojot ekskavatorus un līdzīgu aprīkojumu.

Amorfais silīcija dioksīds ir sagatavots, sākot no ūdens šķīdumiem sārmu metāla silikāta (piemēram, nātrija Na), neitralizējot ar skābi, piemēram, sērskābi H ₂ SO ₄ , sālsskābes HCl vai oglekļa dioksīdu, CO ₂ .

Ja šķīduma galīgais pH ir neitrāls vai sārmains, iegūst nogulsnētu silīcija dioksīdu. Ja pH ir skābs, iegūst silikagelu.

Izgatavoto silīcija dioksīdu sagatavo, sadedzinot gaistošu silīcija savienojumu, parasti silīcija tetrahlorīdu SiCl ₄ . Nogulsnētu silīcija dioksīdu iegūst no silikātu ūdens šķīduma, kuram pievieno skābi.

Koloidālais silīcija dioksīds ir stabila amorfā silīcija koloidālā lieluma daļiņu dispersija ūdens šķīdumā.

Lietojumprogrammas

Dažādās lietojumprogrammās

Silīcija dioksīdam vai SiO ₂ ir plašs funkciju klāsts, piemēram, tas kalpo kā abrazīvs, absorbējošs, pretsalipes, pildviela, necaurlaidīgs līdzeklis un veicina citu vielu suspensiju daudzu citu lietošanas veidu starpā.

To izmanto, piemēram:

-Stikla, keramikas, ugunsizturīgo materiālu, abrazīvu un ūdens stikla ražošanā

-Eļļu un naftas produktu krāsošana un attīrīšana

-Liešanas veidnēs

- Kā pretsalipes līdzeklis visu veidu pulveriem

-Kā putojošais līdzeklis

-Filtrēt šķidrumus, piemēram, ķīmiskās tīrīšanas šķīdinātājus, peldbaseina ūdeni, sadzīves un rūpniecības notekūdeņus

- Siltumizolācijas, ugunsdrošu ķieģeļu, kā arī uguns un skābju izturīgu iepakojuma materiālu ražošanā

- kā pildviela papīra un kartona ražošanā, lai padarītu tos izturīgākus

- Kā krāsu pildviela, lai uzlabotu to plūsmu un krāsu

-Metālos metālu un koka pulēšanai, jo tie nodrošina abrazīvību

-Ķīmiskās analīzes laboratorijās hromatogrāfijā un kā absorbents

-Kā pretsalipes līdzeklis insekticīdu un agroķīmiskajās receptēs, lai palīdzētu sasmalcināt vaskainus pesticīdus un kā aktīvā savienojuma nesējs

-Kā katalizatora balsts

-Kā pildviela sintētisko kaučuku un kaučuku nostiprināšanai

- Kā šķidrumu nesējs dzīvnieku barībā

-Drukas tintes

- kā desikants un adsorbents silikagela formā

-Kā piedeva cementam

-Līdzīgi mājdzīvnieku smiltis

-Izolatori mikroelektronikai

-Par termo-optiskajiem slēdžiem

Silikagels. KENPEI. Avots: Wikimedia Commons.

Pārtikas rūpniecībā

Amorfs silīcija dioksīds ir iekļauts dažādos pārtikas produktos kā daudzfunkcionāla tieša sastāvdaļa dažādiem pārtikas veidiem. Tas nedrīkst pārsniegt 2% no gatavās pārtikas.

Piemēram, tas kalpo kā pretsalipes līdzeklis (lai novērstu atsevišķu pārtikas produktu pielipšanu), kā stabilizators alus ražošanā, kā pretsmidzinātājs, lai filtrētu vīnu, alu un augļu vai dārzeņu sulas.

Iekārtas vīna filtrēšanai ar diatomītu (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Avots: Wikimedia Commons.

Tas darbojas kā šķidrumu absorbētājs dažos pārtikas produktos un mikrokapsulu sastāvdaļa eļļu aromatizēšanai.

Turklāt amorfo SiO ₂ ar īpašu procesu uzklāj pārtikas iepakojuma izstrādājumu plastmasas virsmai, kas darbojas kā barjera.

Farmācijas nozarē

To pievieno kā pretsalipes, sabiezējošu, želejošu līdzekli un kā palīgvielu, tas ir, kā tablešu palīglīdzeklis dažādām zālēm un vitamīniem.

Kosmētikas un personīgās higiēnas nozarē

To lieto daudzos produktos: sejas pulveros, acu ēnās, acu zīmulis, lūpu krāsās, sarkt, kosmētikas noņemšanas līdzekļos, pulveros, kāju pulveros, matu krāsās un balinātājos.

Arī eļļās un vannas sāļos, putu vannās, roku un ķermeņa krēmos, mitrinātājos, dezodorantos, sejas krēmos vai maskās (izņemot skūšanās krēmus), smaržās, losjonos un tīrīšanas krēmos.

Arī nakts mitrinošos krēmos, nagu lakās un krāsās, ādas atsvaidzinošajos losjonos, matu toneros, zobu pastā, matu kondicionieros, iedeguma želejās un krēmos.

Terapeitiskos nolūkos

SiO ₂ atrodas bioaktīvās brillēs vai biogāsās, kuru galvenā īpašība ir tā, ka tās var ķīmiski reaģēt ar bioloģisko vidi, kas tos ieskauj, veidojot spēcīgu un ilgstošu saikni ar dzīviem audiem.

Šāda veida materiālu izmanto, lai izgatavotu kaulu aizstājējus, piemēram, sejas, kā "sastatnes", uz kurām augs kaulu šūnas. Tie ir parādījuši labu bioloģisko savietojamību gan ar kauliem, gan ar mīkstajiem audiem.

Šīs bioloģiskās brilles ļaus atgūt kaulus cilvēkiem, kuri tos zaudējuši nejauši vai slimojot.

Riski

Ļoti smalkas silīcija dioksīda daļiņas var nokļūt gaisā un veidot nesprāgušas putekļus. Bet šie putekļi var kairināt ādu un acis. Tās ieelpošana izraisa elpošanas ceļu kairinājumu.

Turklāt silīcija dioksīda putekļu ieelpošana izraisa ilgstošu progresējošu plaušu bojājumu, ko sauc par silikozi.

Atsauces

1. ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Silikona dioksīds. Atgūts no pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
3. Da Silva, MR et al. (2017). Zaļās ieguves paņēmieni. Uz silīcija bāzes izgatavoti sorbenti. Vispārējā analītiskajā ķīmijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (redaktors). (2018). Bioaktīvās brilles: materiāli, īpašības un pielietojums (otrais izdevums). Elsevier. Atkopts no books.google.co.ve.
5. Windholz, M. et al. (redaktori) (1983) Merck indekss. Ķīmisko, narkotisko un bioloģisko līdzekļu enciklopēdija. Desmitais izdevums. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinens, J. un Suni, T. (2015). Biezu filmu SOI vafeles. Rokasgrāmatā par silīcija bāzes MEMS materiāliem un tehnoloģijām (otrais izdevums). Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. et al. (2010). Termo-optiskie slēdži. Silīcija nanokristāli. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.