Siliciumoxid (SiO2) struktur, egenskaber, anvendelser, produktion

1456
Simon Doyle

Det siliciumoxid Det er et uorganisk fast stof dannet ved foreningen af ​​et siliciumatom og to ilt. Dens kemiske formel er SiOto. Denne naturlige forbindelse kaldes også silica eller siliciumdioxid..

SiOto Det er det mest rigelige mineral i jordskorpen, da sand består af silica. Afhængigt af dets struktur kan silica være krystallinsk eller amorf. Det er uopløseligt i vand, men opløses i baser og i flussyre HF.

Sand er en kilde til siliciumdioxid SiOto. ರವಿಮುಂ [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

SiOto det er også til stede i strukturen af ​​visse planter, bakterier og svampe. Også i skeletter af marine organismer. Udover sand er der også andre typer sten, der er silica.

Silica er meget udbredt og opfylder en række funktioner. Den mest udbredte anvendelse er som et filtermateriale til væsker såsom olier og olieprodukter, drikkevarer som øl og vin samt frugtsaft..

Men det har mange andre applikationer. En af de mest nyttige og vigtige er ved fremstilling af bioaktive briller, som gør det muligt at fremstille "stilladser", hvor knogleceller vokser til at producere knoglestykker, der mangler ved et uheld eller sygdom..

Artikelindeks

  • 1 Struktur
  • 2 Nomenklatur
  • 3 egenskaber
    • 3.1 Fysisk tilstand
    • 3.2 Molekylvægt
    • 3.3 Smeltepunkt
    • 3.4 Kogepunkt
    • 3.5 Densitet
    • 3.6 Opløselighed
    • 3.7 Kemiske egenskaber
  • 4 Tilstedeværelse i naturen
    • 4.1 Andre typer naturlig silica
  • 5 Opnåelse
  • 6 anvendelser
    • 6.1 I forskellige applikationer
    • 6.2 I fødevareindustrien
    • 6.3 I medicinalindustrien
    • 6.4 I kosmetik- og personlig plejebranchen
    • 6.5 I terapeutiske anvendelser
  • 7 risici
  • 8 Referencer

Struktur

Siliciumdioxid SiOto er et molekyle med tre atomer, hvor siliciumatomet er bundet til to iltatomer med kovalente bindinger.

Kemisk struktur af SiO-molekyletto. Grasso Luigi [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Den strukturelle enhed af fast siliciumdioxid som sådan er en tetraeder, hvor et siliciumatom er omgivet af 4 oxygenatomer.

Strukturel enhed af fast siliciumdioxid: grå = silicium, rød = ilt. Benjah-bmm27 [Offentligt domæne]. Kilde: Wikimedia Commons.

Tetrahedra forbindes ved at dele iltatomer i deres sammenhængende hjørner.

Det er grunden til, at et siliciumatom deler hvert af de 4 oxygenatomer i halvdelen, og dette forklarer forholdet i forbindelsen med 1 siliciumatom til 2 oxygenatomer (SiOto).

Tetrahedra deler oxygener i SiOto. Benjah-bmm27 [Offentligt domæne]. Kilde: Wikimedia Commons.

SiO-forbindelserto er opdelt i to grupper: krystallinsk silica og amorf silica.

Krystallinske silica-forbindelser har gentagne mønsterstrukturer af silicium og ilt.

Krystallinsk silica har gentagne enheder. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Al silikakrystal kan betragtes som et kæmpe molekyle, hvor krystalgitteret er meget stærkt. Tetrahedra kan forbindes på forskellige måder, hvilket giver anledning til forskellige krystallinske former.

I amorf silica er strukturerne fastgjort tilfældigt uden at følge et defineret regelmæssigt mønster mellem molekylerne, og disse er i et andet rumligt forhold til hinanden..

I amorf silica er bindingerne ikke gentagne eller ensartede. Silica.svg: * Silica.jpg: da: Bruger: Jdrewittderivativt arbejde: Matt [Public domain]. Kilde: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

-Siliciumoxid

-Siliciumdioxid

-Silica

-Kvarts

-Tridymite

-Cristobalita

-Dioxosilan

Ejendomme

Fysisk tilstand

Farveløst til gråt fast stof.

SiO prøveto ren. LHcheM [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Molekylær vægt

60,084 g / mol

Smeltepunkt

1713 ºC

Kogepunkt

2230 ºC

Massefylde

2,17-2,32 g / cm3

Opløselighed

Uopløselig i vand. Amorf silica er opløselig i baser, især hvis den er findelt. Opløselig i flussyre HF.

Amorf silica er mindre hydrofil, dvs. mindre relateret til vand end krystallinsk.

Kemiske egenskaber

SiOto o Silica er i det væsentlige inert over for de fleste stoffer, det er meget lidt reaktivt.

Modstår angrebet af klor Clto, brom Brto, hydrogen Hto og fra de fleste syrer ved stuetemperatur eller lidt højere. Det angribes af fluor Fto, flussyre HF og baser, såsom natriumcarbonat NatoCO3.

SiOto Det kan kombineres med metalelementer og oxider for at danne silikater. Hvis silica er smeltet med alkalimetalcarbonater ved ca. 1300 ° C, opnås alkalisilicater, og CO frigøres.to.

Det er ikke brændbart. Har lav varmeledningsevne.

Tilstedeværelse i naturen

Den vigtigste kilde til silica i naturen er sand.

SiOto eller silica er i form af tre krystallinske sorter: kvarts (den mest stabile), tridymit og cristobalit. Amorfe former af silica er agat, jaspis og onyx. Opal er en amorf hydreret silica.

Der er også den såkaldte biogene silica, det vil sige den, der genereres af levende organismer. Kilder til denne type silica er bakterier, svampe, kiselalger, havsvampe og planter.

De skinnende, hårde dele af bambus og halm indeholder silica, og skeletterne fra nogle marine organismer har også en høj andel af silica; dog er det vigtigste diatoméjord.

Diatoméjord er geologiske produkter fra forfaldne encellede organismer (alger).

Andre typer naturlig silica

I naturen er der også følgende sorter:

- Glaslegemer, der er vulkanske briller

- Lechaterielites, der er naturlige briller produceret ved fusion af kiselholdigt materiale under påvirkning af meteoritter

- Smeltet silica, som er silica opvarmet til den flydende fase og afkølet uden at lade det krystallisere

Opnåelse

Silica fra sand opnås direkte fra stenbrud.

Sandbrud i Californien. Ruff tuff creme puff [CC0]. Kilde: Wikimedia Commons.

Diatomit eller diatoméjord opnås også på denne måde ved hjælp af gravemaskiner og lignende udstyr..

Amorf silica fremstilles ud fra vandige opløsninger af alkalimetalsilicat (såsom natrium Na) ved neutralisering med syre, såsom svovlsyre HtoSW4, saltsyre HCI eller kuldioxid COto.

Hvis den endelige pH i opløsningen er neutral eller basisk, opnås udfældet silica. Hvis pH er sur, opnås silicagel.

Dampet silica fremstilles ved forbrænding af en flygtig siliciumforbindelse, sædvanligvis siliciumtetrachlorid SiCl4. Præcipiteret silica opnås fra en vandig opløsning af silicater, hvortil syre tilsættes.

Kolloid silica er en stabil dispersion af kolloid størrelse partikler af amorf silica i en vandig opløsning.

Ansøgninger

I forskellige applikationer

Silica eller SiOto Det har en bred vifte af funktioner, for eksempel fungerer det som et slibende, absorberende, antiklumpningsmiddel, fyldstof, opacifier og til at fremme suspensionen af ​​andre stoffer blandt mange andre anvendelsesformer..

Det bruges for eksempel:

-Til fremstilling af glas, keramik, ildfaste stoffer, slibemidler og vandglas

-Misfarvning og oprensning af olier og olieprodukter

-I støbeforme

-Som et antiklumpningsmiddel til pulver af alle slags

-Som en skumdæmper

-Til filtrering af væsker såsom opløsningsmidler til tørrensning, swimmingpoolvand og kommunalt og industrielt spildevand

-Ved fremstilling af varmeisolering, brandhæmmende mursten og brand- og syrebestandige emballagematerialer

-Som fyldstof til fremstilling af papir og pap for at gøre dem mere modstandsdygtige

-Som maling fyldstof til at forbedre flow og farve

-I materialer til polering af metaller og træ, da det giver dem slibende egenskaber

-I laboratorier til kemisk analyse ved kromatografi og som absorberende middel

-Som et antiklumpningsmiddel i insektdræbende og agrokemiske formler, for at hjælpe med at male op voksagtige pesticider og som bærer af den aktive forbindelse

-Som katalysatorstøtte

-Som fyldstof til forstærkning af syntetiske gummi og gummi

-Som en flydende bærer i dyrefoder

-I trykfarver

-Som et tørremiddel og adsorbent i form af silicagel

-Som et additiv i cement

-Som kuldkuld

-I isolatorer til mikroelektronik

-På termo-optiske afbrydere

Silicagel. KENPEI [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]. Kilde: Wikimedia Commons.

I fødevareindustrien

Amorf silica er inkorporeret i en række fødevareprodukter som en multifunktionel direkte ingrediens i forskellige typer fødevarer. Det bør ikke overstige 2% af den færdige mad.

For eksempel fungerer det som et antiklumpningsmiddel (for at forhindre, at visse fødevarer klæber), som en stabilisator i ølproduktionen, som et antifældningsmiddel, til at filtrere vin, øl og frugt- eller grøntsagsjuice.

Udstyr til filtrering af vin med diatoméjord (SiOto). Fabio Ingrosso [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

Det fungerer som et absorberende middel til væsker i nogle fødevarer og som en komponent i mikrokapsler til aromatiserende olier.

Derudover SiOto Amorf påføres gennem en speciel proces på overfladen af ​​plasten til mademballageartikler, der fungerer som en barriere.

I medicinalindustrien

Det tilsættes som et antiklumpningsmiddel, fortykningsmiddel, geleringsmiddel og som hjælpestof, det vil sige som hjælp til tablet forskellige lægemidler og vitaminer..

I kosmetik- og personlig plejebranchen

Det bruges i en lang række produkter: i ansigtspulver, øjenskygger, eyeliners, læbestifter, rødme, makeupfjerner, pulvere, fodpulvere, hårfarver og blegemidler.

Også i olier og badesalte, skumbad, hånd- og kropscremer, fugtighedscreme, deodoranter, ansigtscremer eller masker (undtagen barbercremer), parfume, lotioner og rensecremer.

Også i natthydratiseringscremer, neglelak og glitter, hudopfriskende lotioner, hårtonere, tandpasta, hårbalsam, garvning geler og cremer.

I terapeutiske anvendelser

SiOto Det er til stede i bioaktive briller eller biobriller, hvis hovedkarakteristik er, at de kan reagere kemisk med det biologiske miljø, der omgiver dem, og danner en stærk og varig binding med levende væv.

Denne type materiale bruges til at fremstille knoglesubstitutter, såsom dem i ansigtet, som "stilladser", hvorpå knogleceller vil vokse. De har vist god biokompatibilitet med både knogler og blødt væv.

Disse biobriller gør det muligt at genvinde knogler i ansigtet til mennesker, der har mistet dem ved et uheld eller en sygdom.

Risici

Meget fine silicapartikler kan blive luftbårne og danne ikke-eksplosivt støv. Men dette støv kan irritere hud og øjne. Indånding forårsager irritation af luftvejene.

Derudover forårsager indånding af silikastøv langvarig progressiv skade på lungerne, kaldet silikose..

Referencer

  1. OS. National Library of Medicine. (2019). Siliciumdioxid. Gendannet fra pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  2. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & Sons.
  3. Da Silva, M.R. et al. (2017). Grønne ekstraktionsteknikker. Silica-baserede sorbenter. I omfattende analytisk kemi. Gendannet fra sciencedirect.com.
  4. Ylänen, H. (redaktør). (2018). Bioaktive briller: Materialer, egenskaber og applikationer (anden udgave). Elsevier. Gendannet fra books.google.co.ve.
  5. Windholz, M. et al. (redaktører) (1983) The Merck Index. En encyklopædi med kemikalier, lægemidler og biologiske stoffer. Tiende udgave. Merck & CO., Inc..
  6. Mäkinen, J. og Suni, T. (2015). Tykkfilm SOI Wafers. I Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (Anden udgave). Gendannet fra sciencedirect.com.
  7. Sirleto, L. et al. (2010). Termo-optiske afbrydere. Silicon nanokrystaller. Gendannet fra sciencedirect.com.

Endnu ingen kommentarer