SILICIJEV OKSID (SIO2): STRUKTURA, LASTNOSTI, UPORABE, PRIDOBIVANJE - FIZIČNO - 2025

Silicijevega oksida anorganska trdna tvorjen z lepljenje s silicijevim atomom in dvema kisika. Njegova kemijska formula je SiO ₂ . To naravno spojino imenujemo tudi silicijev dioksid ali silicijev dioksid.

SiO ₂ je najpogostejši mineral v zemeljski skorji, saj je pesek sestavljen iz kremena. Kremen je lahko kristalni ali amorfni, odvisno od njegove strukture. V vodi je netopen, raztaplja pa se v alkalijah in HF fluorovodikovi kislini.

Pesek je vir silicijevega dioksida SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Vir: Wikimedia Commons.

SiO ₂ je prisoten tudi v strukturi nekaterih rastlin, bakterij in gliv. Tudi v okostjih morskih organizmov. Poleg peska obstajajo tudi druge vrste kamnov, ki so narejeni iz kremena.

Silica se pogosto uporablja, saj izpolnjuje različne funkcije. Najbolj razširjena uporaba je kot filtrirni material za tekočine, kot so olja in naftni derivati, pijače, kot sta pivo in vino, pa tudi sadni sokovi.

Ima pa še mnogo drugih aplikacij. Eno najkoristnejših in najpomembnejših je pri izdelavi bioaktivnih očal, ki omogočajo izdelavo "odrov", kjer kostne celice rastejo, da nastanejo kostni koščki, ki jih po nesreči ali bolezni manjkajo.

Struktura

Silicijev dioksid SiO ₂ je triatomna molekula, v kateri je atom silicija vezan na dva kovalentno povezana kisikova atoma.

Kemična zgradba molekule SiO ₂ . Grasso Luigi. Vir: Wikimedia Commons.

Strukturna enota trdnega silicijevega dioksida je tetraedra, kjer je en silicijev atom obdan s 4 atomi kisika.

Strukturna enota trdnega kremena: siva = silicij, rdeča = kisik. Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Tetraedre se povezujejo skupaj z deljenjem atomov kisika iz njihovih sosednjih vrhov.

Zato silikonski atom deli vsakega od 4 kisikovih atomov na polovico in to pojasnjuje razmerje v spojini 1 atoma silicija do 2 kisikovih atomov (SiO ₂ ).

Tetraedre delijo oksigene v SiO ₂ . Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Spojine SiO ₂ delimo v dve skupini: kristalni silicijev dioksid in amorfni silicijev dioksid.

Kristalne silicijeve spojine imajo ponavljajoče se strukture silicija in kisika.

Kristalni silicijev dioksid ima ponavljajoče se enote. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projekta wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Vir: Wikimedia Commons.

Vsa kristala kremena lahko štejemo za velikansko molekulo, kjer je kristalna rešetka zelo močna. Tetraedre lahko povežemo na različne načine, kar povzroča različne kristalne oblike.

V amorfnem silicijevem dioksidu so strukture pritrjene naključno, ne da bi sledile določenemu pravilnemu vzorcu med molekulami in so v drugačnem prostorskem razmerju med seboj.

V amorfnem silicijevem dioksidu vezi niso ponavljajoče se ali enotne. Silica.svg: * Silica.jpg: sl: Uporabnik: Jdrewittderivativno delo: Matt. Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

-Silikonov oksid

-Silikov dioksid

-Silica

-Quartz

-Tridimita

-Kristobalit

-Dioksosilan

Lastnosti

Fizično stanje

Brezbarvna do siva trdna snov.

Vzorec čistega SiO ₂ . LHcheM. Vir: Wikimedia Commons.

Molekularna teža

60.084 g / mol

Tališče

1713 ºC

Vrelišče

2230 ºC

Gostota

2,17-2,32 g / cm ³

Topnost

Netopen v vodi. Amorfni silicijev dioksid je topen v alkalijah, še posebej, če je fino razdeljen. Topen v HF fluorovodikovi kislini.

Amorfni silicijev dioksid je manj hidrofilni, to je manj povezan z vodo kot kristalni.

Kemijske lastnosti

SiO ₂ ali kremen je v večini snovi inerten, je zelo malo reaktiven.

Upira napadati izmed klora Cl ₂ , brom Br ₂ vodik H ₂ in večina kisline pri sobni temperaturi ali rahlo višja. To je napadel s fluorom F ₂ , fluorovodikova kislina HF in baze, kot je natrijev karbonat Na ₂ CO ₃ .

SiO _{2 se} lahko kombinira s kovinskimi elementi in oksidi in tvori silikate. Če silicijev dioksid stopimo s karbonati alkalijskih kovin pri okoli 1300 ° C, dobimo alkalijske silikate in nastane CO ₂ .

Ni gorljiv. Ima nizko toplotno prevodnost.

Prisotnost v naravi

Glavni vir kremena v naravi je pesek.

SiO ₂ ali silicijev dioksid je v obliki treh kristalnih sort: kremena (najbolj stabilna), tridimita in kristabalita. Amorfne oblike kremena so ahat, jaspis in oniks. Opal je amorfen hidratiran silicijev dioksid.

Obstaja tudi tako imenovani biogeni silicijev dioksid, to je tisti, ki ga ustvarjajo živi organizmi. Viri te vrste kremena so bakterije, glive, diatomi, morske gobice in rastline.

Svetleči, trdi deli bambusa in slame vsebujejo silicijev dioksid, okostja nekaterih morskih organizmov pa imajo tudi velik delež kremena; vendar so najpomembnejše diatomejske zemlje.

Diatomejska zemlja je geološki produkt razpadlih enoceličnih organizmov (alg).

Druge vrste naravnega kremena

V naravi obstajajo tudi naslednje sorte:

- Stakleni silikoni, ki so vulkanska stekla

- Lechaterieliti, ki so naravna stekla, ki nastanejo z zlivanjem silicijevega materiala pod vplivom meteoritov

- Topljeni silicijev dioksid, ki se silika segreje v tekočo fazo in ohladi, ne da bi se mu kristaliziral

Pridobitev

Kremen iz peskov se pridobiva neposredno iz kamnolomov.

Peščeni kamnolom v Kaliforniji. Ruff tuff krema puff. Vir: Wikimedia Commons.

Na ta način dobimo tudi diatomit ali diatomejsko zemljo z uporabo bagerjev in podobne opreme.

Amorfni silicijev dioksid se pripravi iz vodnih raztopin silikata alkalijske kovine (kot natrijev Na) z nevtralizacijo s kislino, kot so žveplova kislina H ₂ SO ₄ , klorovodikova kislina HCl ali ogljikov dioksid CO ₂ .

Če je končni pH raztopine nevtralen ali alkalen, dobimo oborjen kremen. Če je pH kisel, dobimo silikagel.

Penjeni silicijev dioksid pripravimo z zgorevanjem hlapnega silicijeve spojine, običajno silicija tetrakloridu SiCl ₄ . Oborjeni kremen se pridobiva iz vodne raztopine silikatov, ki ji dodamo kislino.

Koloidni silicijev dioksid je stabilna disperzija delcev amorfnega silicijevega dioksida v koloidni velikosti v vodni raztopini.

Prijave

V različnih aplikacijah

Silica ali SiO ₂ ima široko paleto funkcij, na primer služi kot abrazivno, vpojno, proti strjevanju, polnilo, motilec in med številnimi drugimi načini uporabe pospešuje suspenzijo drugih snovi.

Uporablja se na primer:

-V proizvodnji stekla, keramike, ognjevzdržnih materialov, abrazivov in vodnega stekla

-Obarvanje in čiščenje olj in naftnih derivatov

-V livarskih kalupih

-Kot sredstvo proti strjevanju prahu vseh vrst

-Kot odhlajevalnik

- Za filtriranje tekočin, kot so topila za suho čiščenje, voda v bazenu ter komunalne in industrijske odpadne vode

- Pri proizvodnji toplotne izolacije, ognjevarnih opek ter embalaže in materialov, odpornih proti ognju in kislini

-Kot polnilo pri izdelavi papirjev in kartona, da so bolj odporni

-Kot polnilo za barve za izboljšanje njihovega pretoka in barve

-V materialih za poliranje kovin in lesa, saj daje abrazivnost

-V laboratorijih za kemijsko analizo s kromatografijo in kot absorbentom

-Kot sredstvo proti strjevanju v insekticidnih in agrokemijskih formulah za pomoč pri mletju voskastih pesticidov in kot nosilec aktivne spojine

-Kot podpora katalizatorja

-Kot polnilo za krepitev sintetičnih gum in gum

-Kot nosilec tekočin v krmi za živali

-V tiskarskih črnilih

-Kem je sušilno sredstvo in adsorbent, v obliki silikagela

-Kot dodatek v cementu

-Kot pesek za hišne ljubljenčke

-V izolatorjih za mikroelektroniki

-Na termo-optična stikala

Silikagel. KENPEI Vir: Wikimedia Commons.

V prehrambeni industriji

Amorfni silicijev dioksid je vključen v različne prehrambene izdelke kot večnamenska neposredna sestavina v različnih vrstah hrane. Ne sme presegati 2% končne hrane.

Na primer, deluje kot sredstvo proti strjevanju (za preprečevanje lepljenja določenih živil), kot stabilizator pri proizvodnji piva, kot sredstvo proti obarjanju, za filtriranje vin, piva ter sadnih ali zelenjavnih sokov.

Oprema za filtriranje vina z diatomejsko zemljo (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Vir: Wikimedia Commons.

Deluje kot absorbent tekočine v nekaterih živilih in sestavina mikrokapsul za aromatična olja.

Poleg tega se amorfni SiO ₂ nanese s posebnim postopkom na površino plastike embalaže za živila, ki deluje kot ovira.

V farmacevtski industriji

Dodamo ga kot sredstvo proti strjevanju, zgoščevanju, želiranju in kot pomožno snov, to je kot pripomoček za tabletiranje različnih zdravil in vitaminov.

V industriji kozmetike in osebne nege

Uporablja se v množici izdelkov: v pudrih za obraz, senčilih, senčilih za ustnice, šminkah, rdečilih, odstranjevanju ličil, v prahu, v prahu za stopala, v barvah za lase in belilih.

Tudi v oljih in kopalnih solih, penastih kopelih, kremah za roke in telo, vlažilcih, deodorantih, kremah za obraz ali maskah (razen kreme za britje), parfumih, losjonih in čistilnih kremah.

Tudi v nočnih vlažilnih kremah, lakih za nohte in barvah, osvežilnih losjonih za kožo, tonih za lase, zobnih pastah, balzamih za lase, gelih za porjavitev in kremah.

V terapevtskih aplikacijah

SiO ₂ je prisoten v bioaktivnih kozarcih ali bioglaskih, katerih glavna značilnost je, da lahko kemično reagirajo z biološkim okoljem, ki jih obdaja, in tvorijo močno in trajno vez z živim tkivom.

Ta vrsta materiala se uporablja za izdelavo kostnih nadomestkov, kot so tisti v obrazu, kot "odri", na katerih bodo rasle kostne celice. Pokazali so dobro biokompatibilnost s kostmi in mehkimi tkivi.

Te bioglase bodo omogočile obnavljanje kosti z obraza ljudi, ki so jih izgubili po nesreči ali bolezni.

Tveganja

Zelo drobni delci kremena lahko postanejo v zraku in tvorijo neeksploziven prah. Toda ta prah lahko draži kožo in oči. Njegovo vdihavanje povzroči draženje dihalnih poti.

Poleg tega vdihavanje kremenčevega prahu povzroči dolgotrajno progresivno poškodbo pljuč, imenovano silikoza.

Reference

1. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Silicijev dioksid. Obnovljeno iz pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
3. Da Silva, MR et al. (2017). Tehnike zelenega pridobivanja. Sorbenti na osnovi kremena. V celoviti analitični kemiji. Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (urednik). (2018). Bioaktivna očala: Materiali, lastnosti in aplikacije (druga izdaja). Elsevier. Pridobljeno iz books.google.co.ve.
5. Windholz, M. in sod. (uredniki) (1983) The Merck Index. Enciklopedija kemikalij, zdravil in bioloških snovi. Deseta izdaja. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. in Suni, T. (2015). Debele filmske plošče SOI. V priročniku Materiali in tehnologije MEMS na osnovi silicija (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. et al. (2010). Termo-optična stikala. Silicijevi nanokristali. Pridobljeno od sciencedirect.com.