TLENEK KRZEMU (SIO2): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, OTRZYMYWANIE - FIZYCZNY - 2025

Tlenek krzemu jest nieorganiczna substancja stała, przez wiązanie z atomem krzemu i dwa tlenu. Jego wzór chemiczny to SiO ₂ . Ten naturalny związek nazywany jest również krzemionką lub dwutlenkiem krzemu.

SiO ₂ to minerał występujący najczęściej 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 SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Źródło: Wikimedia Commons.

SiO ₂ jest również obecny w strukturze niektórych roślin, bakterii i grzybów. Również w szkieletach organizmów morskich. Oprócz piasku istnieją również inne rodzaje kamieni, które są wykonane z krzemionki.

Krzemionka jest szeroko stosowana, spełniając różnorodne funkcje. Najbardziej rozpowszechnionym materiałem filtrującym są płyny, takie 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 umożliwiają tworzenie „rusztowań”, w których komórki kostne rosną, tworząc fragmenty kości, których brakuje w wyniku wypadku lub choroby.

Struktura

Dwutlenek krzemu SiO ₂ to trójatomowa cząsteczka, w której atom krzemu jest związany z dwoma kowalencyjnie związanymi atomami tlenu.

Budowa chemiczna cząsteczki SiO ₂ . Grasso Luigi. 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. Źródło: Wikimedia Commons.

Czworościany łączą się ze sobą, dzieląc atomy tlenu z ich sąsiadujących wierzchołków.

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

Tetraedry dzielą tlen w SiO ₂ . Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.

Związki SiO ₂ dzielą się na dwie grupy: krzemionkę krystaliczną i krzemionkę amorficzną.

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. 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 bezpostaciowej krzemionce 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 jednolite. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Użytkownik: Jdrewitt dzieło pochodne: Matt. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

-Tlenek krzemu

-Dwutlenek krzemu

-Krzemionka

-Kwarc

-Tridimita

-Christobalite

-Dioksosilan

Nieruchomości

Stan fizyczny

Ciało stałe bezbarwne do szarego.

Próbka czystego SiO ₂ . LHcheM. Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

60,084 g / mol

Temperatura topnienia

1713 ° C

Temperatura wrzenia

2230 ºC

Gęstość

2,17-2,32 g / cm ³

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

SiO ₂ lub krzemionka są zasadniczo obojętne dla większości substancji, są bardzo mało reaktywne.

Odporny na atak chloru Cl ₂ , bromu Br ₂ , wodoru H ₂ i większości kwasów w temperaturze pokojowej lub nieco wyższej. Jest atakowany przez fluor F ₂ , kwas fluorowodorowy HF i zasady, takie jak węglan sodu Na ₂ CO ₃ .

SiO ₂ może łączyć się z pierwiastkami metalicznymi i tlenkami, tworząc krzemiany. Jeśli krzemionka w stanie stopionym, węglanów metali alkalicznych, w temperaturze około 1300 ° C, krzemianów metali alkalicznych i otrzymuje się CO ₂ wydziela się .

Nie jest palny. Ma niską przewodność cieplną.

Obecność w przyrodzie

Głównym źródłem krzemionki w przyrodzie jest piasek.

SiO ₂ czyli krzemionka występuje w trzech odmianach krystalicznych: kwarcu (najbardziej stabilny), trydymitu i krystobalitu. Amorficzne formy krzemionki to agat, jaspis i onyks. Opal to bezpostaciowa uwodniona krzemionka.

Występuje również tzw. Krzemionka biogenna, czyli ta, którą wytwarzają 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 są geologicznymi produktami rozkładających się 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

Krzemionkę z piasków pozyskuje się bezpośrednio z kamieniołomów.

Kopalnia piasku w Kalifornii. Ptyś kremowy z tufem krystalicznym. Źródło: Wikimedia Commons.

Ziemię okrzemkową lub okrzemkową uzyskuje się również w ten sposób za pomocą koparek i podobnego sprzętu.

Amorficzną krzemionkę wytwarza się wychodząc z wodnymi roztworami krzemianów metali alkalicznych (takie jak sodu Na) poprzez zobojętnienie kwasem, takim jak kwas siarkowy H ₂ SO ₄ , z kwasem solnym HCI lub dwutlenku węgla CO ₂ .

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

Zmatowioną krzemionkę otrzymuje się przez spalanie lotnego związku krzemu, zwykle czterochlorku krzemu SiCU ₄ . Krzemionkę strącaną otrzymuje się z wodnego roztworu krzemianów, do którego dodaje się kwas.

Krzemionka koloidalna jest stabilną dyspersją cząstek koloidalnej wielkości amorficznej krzemionki w roztworze wodnym.

Aplikacje

W różnych zastosowaniach

Krzemionka lub SiO ₂ ma wiele różnych funkcji, na przykład służy jako materiał ścierny, wchłaniający, przeciwzbrylający, wypełniający, zmętniający i jako środek ułatwiający zawieszanie innych substancji, a także wiele innych sposobów użycia.

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 odpieniacz

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

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

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

-Jako wypełniacz do farb poprawiający ich rozlewność i kolor

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

-W laboratoriach analiz chemicznych w chromatografii i jako absorbent

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

-Jako nośnik katalizatora

-Jako wypełniacz wzmacniający syntetyczne kauczuki i gumy

-Jako nośnik płynów w paszach dla zwierząt

-W tuszach drukarskich

-Jako środek osuszający i adsorbent, w postaci żelu krzemionkowego

-Jako dodatek do cementu

-Jak piasek dla zwierząt

-W izolatorach dla mikroelektroniki

-Na wyłącznikach termooptycznych

Żel krzemionkowy. KENPEI. 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 oraz soków owocowych lub warzywnych.

Sprzęt do filtrowania wina z ziemią okrzemkową (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Źródło: Wikimedia Commons.

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

Ponadto bezpostaciowy SiO ₂ jest nakładany w specjalnym procesie na powierzchnię tworzyw sztucznych w opakowaniach do 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: 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 farbach do paznokci, lotionach odświeżających skórę, tonikach do włosów, pastach do zębów, odżywkach do włosów, żelach i kremach do opalania.

W zastosowaniach terapeutycznych

SiO ₂ występuje w bioaktywnych szkłach lub bioszkłach, których główną cechą jest to, że mogą reagować chemicznie z otaczającym je środowiskiem biologicznym, tworząc silne i trwałe połączenie 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 zgodność biologiczną 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. Jego wdychanie powoduje podrażnienie dróg oddechowych.

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

Bibliografia

1. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (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, MR i in. (2017). Techniki zielonej ekstrakcji. Sorbenty na bazie krzemionki. W kompleksowej chemii analitycznej. Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (redaktor). (2018). Bioaktywne okulary: materiały, właściwości i zastosowania (drugie wydanie). Elsevier. Odzyskany z books.google.co.ve.
5. Windholz, M. i in. (redaktorzy) (1983) The Merck Index. Encyklopedia chemikaliów, leków i substancji 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.