OXID KŘEMIČITÝ (SIO2): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, ZÍSKÁNÍ - FYZICKÝ - 2025

Oxidu křemičitého je anorganická pevná látka lepením atomu křemíku a dvě kyslíku. Jeho chemický vzorec je SiO ₂. Tato přírodní sloučenina se také nazývá oxid křemičitý nebo oxid křemičitý.

SiO ₂ je nejhojnějším minerálem v zemské kůře, protože písek se skládá z oxidu křemičitého. V závislosti na struktuře může být oxid křemičitý krystalický nebo amorfní. Je nerozpustný ve vodě, ale rozpouští se v zásadách a HF kyselině fluorovodíkové.

Písek je zdrojem oxidu křemičitého SiO ₂. ರವಿಮುಂ. Zdroj: Wikimedia Commons.

SiO ₂ je také přítomen ve struktuře určitých rostlin, bakterií a hub. Také v kostrech mořských organismů. Kromě písku existují i ​​jiné druhy kamenů, které jsou vyrobeny z oxidu křemičitého.

Oxid křemičitý je široce používán a plní řadu funkcí. Nejrozšířenější použití je jako filtrační materiál pro kapaliny, jako jsou oleje a ropné produkty, nápoje, jako je pivo a víno, jakož i ovocné šťávy.

Ale má mnoho dalších aplikací. Jedním z nejužitečnějších a nejdůležitějších je výroba bioaktivních skel, které umožňují vyrábět „lešení“, kde kostní buňky rostou a produkují chybějící kousky v důsledku nehody nebo nemoci.

Struktura

Oxid křemičitý SiO ₂ je molekula tři-atom, ve které je atom křemíku vázaný na dva kovalentně vázaných atomů kyslíku.

Chemická struktura SiO ₂ molekuly. Grasso Luigi. Zdroj: Wikimedia Commons.

Strukturální jednotkou pevného oxidu křemičitého jako takového je čtyřstěn, kde jeden atom křemíku je obklopen 4 atomy kyslíku.

Strukturální jednotka pevného oxidu křemičitého: šedá = křemík, červená = kyslík. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Tetrahedra se spojí sdílením atomů kyslíku ze sousedních vrcholů.

To je důvod, proč křemíkový atom má v každé ze 4 atomy kyslíku v polovině, a to vysvětluje vztah ve sloučenině 1 atom křemíku až 2 atomy kyslíku (SiO ₂).

Čtyřstěn sdílet atomy kyslíku v SiO ₂. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

SiO ₂ sloučeniny se dělí do dvou skupin: krystalický oxid křemičitý a amorfní oxid křemičitý.

Krystalické sloučeniny křemíku mají opakující se struktury křemíku a kyslíku.

Krystalický oxid křemičitý má opakující se jednotky. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego project wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Zdroj: Wikimedia Commons.

Všechny krystaly oxidu křemičitého lze považovat za obrovskou molekulu, kde je krystalová mříž velmi silná. Tetrahedra může být spojena různými způsoby, což vede k různým krystalickým formám.

V amorfním oxidu křemičitém jsou struktury připojeny náhodně, aniž by následovaly definovaný pravidelný vzorec mezi molekulami a ty jsou v různých prostorových vztazích navzájem.

V amorfním křemíku nejsou vazby opakující se nebo rovnoměrné. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Uživatel: Jdrewittderivative work: Matt. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Oxid křemičitý

-Oxid křemičitý

-Silica

-Křemen

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilan

Vlastnosti

Fyzický stav

Bezbarvá až šedá pevná látka.

Vzorek čistého SiO ₂. LHcheM. Zdroj: Wikimedia Commons.

Molekulární váha

60,084 g / mol

Bod tání

1713 ° C

Bod varu

2230 ° C

Hustota

2,17-2,32g / cm ³

Rozpustnost

Nerozpustný ve vodě. Amorfní oxid křemičitý je rozpustný v zásadách, zejména pokud je jemně rozptýlen. Rozpustný v kyselině fluorovodíkové HF.

Amorfní oxid křemičitý je méně hydrofilní, tj. Méně příbuzný vodě než krystalický.

Chemické vlastnosti

SiO ₂ nebo oxid křemičitý je v podstatě inertní pro většinu látek je velmi málo reaktivní.

Odolává útoku z chloru Cl ₂, brom Br ₂, vodík H ₂ a většina kyseliny při teplotě místnosti nebo mírně vyšší. Je napaden fluoru F ₂, kyseliny fluorovodíkové HF a alkálie, jako je uhličitan sodný Na ₂ CO ₃.

SiO _{2 se} může kombinovat s kovovými prvky a oxidy za vzniku křemičitanů. Pokud je oxid křemičitý roztaví s uhličitany alkalických kovů, při teplotě asi 1300 ° C, silikáty alkalických kovů jsou získány a CO ₂ se uvolňuje.

Není hořlavý. Má nízkou tepelnou vodivost.

Přítomnost v přírodě

Hlavním zdrojem siliky v přírodě je písek.

SiO ₂ nebo oxid křemičitý je ve formě tří krystalických odrůd: křemen (nejstabilnější), tridymit a cristobalit. Amorfní formy siliky jsou achát, jaspis a onyx. Opál je amorfní hydratovaný oxid křemičitý.

Existuje také takzvaný biogenní oxid křemičitý, tj. Ten, který vytváří živé organismy. Zdrojem tohoto typu siliky jsou bakterie, houby, rozsivky, mořské houby a rostliny.

Lesklé, tvrdé části bambusu a slámy obsahují siliku a kostry některých mořských organismů mají také vysoký podíl siliky; nejdůležitější jsou však křemeliny.

Křemeliny jsou geologické produkty rozpadlých jednobuněčných organismů (řasy).

Jiné typy přírodního oxidu křemičitého

V přírodě existují také tyto odrůdy:

- Sklovité siliky, které jsou vulkanickými skly

- Lechaterielity, což jsou přírodní skla vyráběná fúzí křemičitého materiálu působením meteoritů

- Kondenzovaný oxid křemičitý, který je oxidem křemičitým zahřátý na kapalnou fázi a ochlazen bez umožnění jeho krystalizace

Získání

Oxid křemičitý se získává přímo z lomů.

Pískový lom v Kalifornii. Ruff tuff krémový list. Zdroj: Wikimedia Commons.

Tímto způsobem se také získává křemelina nebo křemelina pomocí bagrů a podobných zařízení.

Amorfního oxidu křemičitého se připraví z vodných roztoků křemičitanů alkalických kovů (jako je Na sodný) neutralizací kyselinou, jako je kyselina sírová H ₂ SO ₄, kyseliny chlorovodíkové HCl nebo oxid uhličitý CO ₂.

Pokud je konečné pH roztoku neutrální nebo zásadité, získá se vysrážený oxid křemičitý. Pokud je pH kyselé, získá se silikagel.

Pyrogenní oxid křemičitý se připravuje spalování těkavé sloučeniny křemíku, obvykle chlorid křemičitý SiCl ₄. Vysrážený oxid křemičitý se získá z vodného roztoku křemičitanů, ke kterému se přidá kyselina.

Koloidní oxid křemičitý je stabilní disperze částic koloidní velikosti amorfního oxidu křemičitého ve vodném roztoku.

Aplikace

V různých aplikacích

Oxid křemičitý nebo SiO ₂ má širokou škálu funkcí, například slouží jako abrazivní, savé, proti spékání, plnivo, kalidlo a pro podporu suspendování jiných látek, mezi mnoha jinými způsoby použití.

Používá se například:

-Výroba skla, keramiky, žáruvzdorných materiálů, brusiv a vodního skla

- Odbarvení a čištění olejů a ropných produktů

-V lití forem

-Je prostředek proti spékání prášků všeho druhu

- Jako odpěňovač

-To filtrovat kapaliny, jako jsou rozpouštědla pro chemické čištění, bazénová voda a komunální a průmyslové odpadní vody

- při výrobě tepelné izolace, nehořlavých cihel a obalových materiálů odolných vůči ohni a kyselinám

- Jako plnivo při výrobě papírů a lepenky, aby byly odolnější

- Jako plnivo pro barvy pro zlepšení jejich toku a barvy

-V materiálech pro leštění kovů a dřeva, protože dodává abrazivitu

- V chemických analytických laboratořích v chromatografii a jako absorbent

- jako prostředek proti spékání v insekticidních a agrochemických přípravcích, který pomáhá rozmělňovat voskovité pesticidy a jako nosič účinné látky

-Je katalyzátorový nosič

-Je plnivo pro zesílení syntetických kaučuků a kaučuků

-Je nosičem tekutin v krmivech pro zvířata

- V tiskových barvách

- Jako vysoušedlo a adsorbent ve formě silikagelu

- Jako přísada do cementu

- Jako písek pro domácí mazlíčky

- V izolátorech pro mikroelektroniku

- Na termooptických spínačích

Silikonový gel. KENPEI. Zdroj: Wikimedia Commons.

V potravinářském průmyslu

Amorfní oxid křemičitý je začleněn do různých potravinářských výrobků jako multifunkční přímá složka v různých typech potravin. Neměl by překročit 2% hotového jídla.

Například slouží jako prostředek proti spékání (k zabránění lepení určitých potravin), jako stabilizátor při výrobě piva, jako prostředek proti srážení, k filtrování vína, piva a ovocných nebo zeleninových šťáv.

Zařízení pro filtrování vína křemelinou (SiO ₂). Fabio Ingrosso. Zdroj: Wikimedia Commons.

Působí jako absorbent tekutin v některých potravinách a jako součást mikrokapslí pro aromatické oleje.

Kromě toho je amorfní SiO ₂ se aplikuje pomocí speciálního procesu na povrchu plastů balení potravin článků, působící jako bariéra.

Ve farmaceutickém průmyslu

Přidává se jako protispékavé, zahušťovací, želírující činidlo a jako pomocná látka, tj. Jako tabletovací pomůcka pro různé léky a vitamíny.

V kosmetickém a osobním průmyslu

Používá se v mnoha produktech: v obličejových pudrech, očních stínech, očních liniích, rtěnkách, červenkách, odličovačích přípravcích, pudrech, pudrech na nohy, barvení vlasů a bělicích prostředcích.

Také v olejích a koupelových solí, pěnových koupelích, krémech na ruce a tělo, zvlhčovačích, deodorantech, pleťových krémech nebo maskách (kromě krémů na holení), parfémech, pleťových vodách a čistících krémech.

Také v noci hydratační krémy, laky na nehty a barvy na nehty, pleťové vody, osvěžující pleťové vody, tonery na vlasy, zubní pasty, kondicionéry na vlasy, opalovací gely a krémy.

V terapeutických aplikacích

SiO ₂ je přítomen v bioaktivních sklech nebo bioglozích, jejichž hlavní charakteristikou je to, že mohou chemicky reagovat s biologickým prostředím, které je obklopuje, a vytvářejí silnou a trvalou vazbu s živou tkání.

Tento typ materiálu se používá k výrobě náhrad kostí, jako jsou ty na obličeji, jako „lešení“, na kterých budou růst kostní buňky. Vykazovali dobrou biologickou kompatibilitu s kostmi i měkkými tkáněmi.

Tyto biologické brýle umožní obnovit kosti z tváře lidí, kteří je ztratili náhodou nebo nemocí.

Rizika

Velmi jemné částice oxidu křemičitého se mohou stát vzduchem a vytvářet nevýbušné prachy. Tento prach však může dráždit pokožku a oči. Jeho inhalace způsobuje podráždění dýchacích cest.

Kromě toho inhalace oxidu křemičitého způsobuje dlouhodobé progresivní poškození plic, zvané silikóza.

Reference

1. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Oxid křemičitý. Obnoveno z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
3. Da Silva, MR a kol. (2017). Techniky zelené extrakce. Sorbenty na bázi křemíku. V úplné analytické chemii. Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Ylänen, H. (editor). (2018). Bioaktivní skla: Materiály, vlastnosti a aplikace (druhé vydání). Elsevier. Obnoveno z books.google.co.ve.
5. Windholz, M. a kol. (editoři) (1983) The Merck Index. Encyklopedie chemických látek, léčiv a biologických látek. Desáté vydání. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. a Suni, T. (2015). Silný film SOI oplatky. V Příručce materiálů a technologií MEMS na bázi křemíku (druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Sirleto, L. a kol. (2010). Termooptické spínače. Křemíkové nanokrystaly. Obnoveno z sciposedirect.com.