SILISIUMOKSYD (SIO2): STRUKTUR, EGENSKAPER, BRUK, OPPNÅELSE - FYSISK - 2026

Den silisiumoksid er et uorganisk faststoff som dannes ved binding av et silisiumatom og to oksygen. Den kjemiske formelen er SiO ₂ . Denne naturlige forbindelsen kalles også silika eller silisiumdioksid.

SiO ₂ er det mest tallrike mineralet i jordskorpen, siden sand er sammensatt av silika. Avhengig av strukturen, kan silika være krystallinsk eller amorf. Den er uoppløselig i vann, men oppløses i alkalier og HF-flussyre.

Sand er en kilde til silisiumdioksid SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Kilde: Wikimedia Commons.

SiO ₂ er også til stede i strukturen til visse planter, bakterier og sopp. Også i skjeletter av marine organismer. Foruten sand, er det også andre typer steiner som er laget av silika.

Silika er mye brukt, og utfører en rekke funksjoner. Den mest utbredte bruken er som et filtermateriale for væsker som oljer og petroleumsprodukter, drikkevarer som øl og vin, samt fruktjuicer.

Men det har mange andre bruksområder. Noe av det mest nyttige og viktige er i produksjonen av bioaktive briller, som gjør det mulig å lage "stillaser" der benceller vokser til å produsere beinstykker som mangler på grunn av ulykke eller sykdom.

Struktur

Silisiumdioksyd SiO ₂ er et tre-atommolekyl, der silisiumatomet er bundet til to kovalent bundne oksygenatomer.

Kjemisk struktur av SiO _2- molekylet . Grasso Luigi. Kilde: Wikimedia Commons.

Den strukturelle enheten av fast silisiumdioksyd som sådan er et tetraedre hvor ett silisiumatom er omgitt av 4 oksygenatomer.

Strukturell enhet fast silisiumdioksyd: grå = silisium, rød = oksygen. Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

Tetrahedra binder seg sammen ved å dele oksygenatomer fra deres sammenhengende hjørner.

Det er grunnen til at et silisiumatom deler hvert av de 4 oksygenatomer i to, og dette forklarer forholdet i forbindelsen til 1 silisiumatom til 2 oksygenatomer (SiO ₂ ).

Tetrahedra deler oksygenene i SiO ₂ . Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

SiO ₂ forbindelser er delt i to grupper: krystallinsk silika og amorf silika.

Krystallinske silisiumdioksydforbindelser har gjentagende mønsterstrukturer av silisium og oksygen.

Krystallinsk silika har repeterende enheter. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Kilde: Wikimedia Commons.

All silikakrystall kan betraktes som et gigantisk molekyl der krystallgitteret er veldig sterkt. Tetrahedra kan kobles på forskjellige måter, noe som gir opphav til forskjellige krystallinske former.

I amorf silika blir strukturene festet tilfeldig, uten å følge et definert regelmessig mønster mellom molekylene, og disse er i et annet romlig forhold til hverandre.

I amorf silika er bindingene ikke repeterende eller ensartede. Silica.svg: * Silica.jpg: no: Bruker: Jdrewittderivative work: Matt. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

-Silisiumoksyd

-Silisiumdioksid

silice

-Quartz

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilane

Egenskaper

Fysisk tilstand

Fargeløs til grå solid.

Prøve av ren SiO ₂ . LHcheM. Kilde: Wikimedia Commons.

Molekylær vekt

60,084 g / mol

Smeltepunkt

1713 ºC

Kokepunkt

2230 ºC

tetthet

2,17 til 2,32 g / cm ³

løselighet

Uoppløselig i vann. Amorf silika er løselig i alkalier, spesielt hvis den er finfordelt. Løselig i hydrofluorsyre HF.

Amorf silika er mindre hydrofil, det vil si mindre relatert til vann enn krystallinsk.

Kjemiske egenskaper

SiO ₂ eller silika er hovedsakelig inert for de fleste stoffer, det er veldig lite reaktivt.

Motstår angrep fra klor Cl ₂ , brom Br ₂ , hydrogen H- ₂ og de fleste syrer ved romtemperatur eller litt høyere. Det er angrepet av fluor F ₂ , fluss-syre HF, og ved alkalier som natriumkarbonat Na ₂ CO ₃ .

SiO ₂ kan kombineres med metalliske elementer og oksyder for å danne silikater. Hvis silika smeltes med alkalimetallkarbonater ved ca. 1300 ° C, oppnås alkalisilikater og CO ₂ utvikles .

Det er ikke brennbart. Den har lav varmeledningsevne.

Tilstedeværelse i naturen

Den viktigste kilden til silika i naturen er sand.

SiO ₂ eller silika er i form av tre krystallinske varianter: kvarts (den mest stabile), tridymitten og cristobalite. Amorfe former for silika er agat, jaspis og onyx. Opal er en amorf hydrert silika.

Det er også den såkalte biogene silikaen, det vil si den som genereres av levende organismer. Kilder til denne typen silika er bakterier, sopp, kiselalger, havsvamp og planter.

De blanke, harde delene av bambus og halm inneholder silika, og skjelettene til noen marine organismer har også en høy andel silika; de viktigste er imidlertid kiselgur.

Kiselgur er geologiske produkter av forråtnede encellede organismer (alger).

Andre typer naturlig silika

I naturen er det også følgende varianter:

- Glassholdige silikater som er vulkanglass

- Lechaterielites som er naturlige briller produsert ved fusjon av kiselholdig materiale under påvirkning av meteoritter

- Smeltet silika som er silisiumdioksyd oppvarmet til væskefasen og avkjølt uten å la det krystallisere

Å skaffe

Silika fra sand får du direkte fra steinbrudd.

Sandbrudd i California. Ruff tuff krempuff. Kilde: Wikimedia Commons.

Diatomitt eller diatoméjord oppnås også på denne måten ved bruk av gravemaskiner og lignende utstyr.

Amorf silica fremstilt med utgangspunkt i vandige oppløsninger av alkalimetall-silikat (for eksempel natrium-Na) ved nøytralisering med syre, så som svovelsyre, H- ₂ SO ₄ , saltsyre, HCl eller karbondioksyd CO ₂ .

Hvis den endelige pH i løsningen er nøytral eller alkalisk, oppnås utfelt silika. Hvis pH er sur, oppnås silikagel.

Damputfelt silisiumdioksyd fremstilt ved forbrenning av en flyktig silisiumforbindelse, vanligvis silisiumtetraklorid SiCl ₄ . Utfelt silika oppnås fra en vandig oppløsning av silikater som syre tilsettes.

Kolloidal silika er en stabil spredning av partikler av kolloidal størrelse av amorf silika i en vandig løsning.

applikasjoner

I forskjellige bruksområder

Silica eller SiO ₂ har et bredt utvalg av funksjoner, for eksempel fungerer det som et slipende, absorberende, antikakemiddel, fyllstoff, opacifier og for å fremme suspensjon av andre stoffer, blant mange andre bruksmåter.

Det brukes for eksempel:

-I produksjon av glass, keramikk, ildfaste stoffer, slipemidler og vannglass

-Farging og rensing av oljer og petroleumsprodukter

-I støpeformer

-Et et antikakemiddel for alle slags pulver

- Som defoamer

-Filter væsker som tørrrensemidler, bassengvann og kommunalt og industrielt avløpsvann

-Produksjon av varmeisolering, brannhemmende klosser og brannsikre og syrefast emballasje

-Fyller i papirproduksjon og papp for å gjøre dem mer motstandsdyktige

-Som et fyllstoff for maling for å forbedre flyt og farge

-I materialer for polering av metaller og tre, da det gir slitasje

-I kjemiske analyselaboratorier i kromatografi og som et absorbent

-Et et antikakemiddel i insektmidler og agrokjemiske formler, for å hjelpe med å slipe voksagtige plantevernmidler og som bærer av den aktive forbindelsen

-Som en katalysatorbærer

-Som filler for å forsterke syntetiske gummier og gummier

-Som en bærer av væsker i dyrefôr

-I utskriftsfarge

-At tørkemiddel og adsorpsjonsmiddel, i form av silikagel

-Som et tilsetningsstoff i sement

-Som kjæledyrsand

-I isolatorer for mikroelektronikk

-På termo-optiske brytere

Silisiumkrem. KENPEI. Kilde: Wikimedia Commons.

I matindustrien

Amorf silika er inkorporert i en rekke matprodukter som en multifunksjonell direkte ingrediens i forskjellige typer mat. Den skal ikke overstige 2% av ferdigmat.

For eksempel fungerer det som et antikakemiddel (for å forhindre at visse matvarer fester seg), som en stabilisator i ølproduksjonen, som et antipipipittmiddel, for å filtrere vin, øl og frukt- eller grønnsaksjuice.

Utstyr for filtrering av vin med kiselgur (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Kilde: Wikimedia Commons.

Det fungerer som et absorbent for væsker i noen matvarer og som en komponent av mikrokapsler for smaksoljer.

I tillegg påføres den amorfe SiO ₂ gjennom en spesiell prosess på overflaten av plasten til matemballasje-artikler, og fungerer som en barriere.

I legemiddelindustrien

Det tilsettes som et antikrokemiddel, fortykning, geleringsmiddel og som hjelpestoff, det vil si som et tabletteringshjelpemiddel til forskjellige medisiner og vitaminer.

I kosmetikk- og personlig pleieindustrien

Det brukes i en rekke produkter: i ansiktspulver, øyenskygger, eyeliners, leppestifter, rødmer, sminkefjerner, pulver, fotpulver, hårfargestoffer og blekemidler.

Også i oljer og badesalt, skumbad, hånd- og kroppskremer, fuktighetskrem, deodoranter, ansiktskremer eller masker (unntatt barberingskremer), parfymer, kremer og rensende kremer.

Også i natt fuktighetsgivende kremer, neglelakk og maling, forfriskende hudkremer, hårfester, tannkrem, hårbalsam, solbrun gel og kremer.

I terapeutiske applikasjoner

SiO ₂ er til stede i bioaktive briller eller bioglasser, hvis viktigste kjennetegn er at de kan reagere kjemisk med det biologiske miljøet som omgir dem, og danner en sterk og varig binding til levende vev.

Denne typen materiale brukes til å lage beinerstatninger som de i ansiktet, som "stillaser" som benceller vil vokse på. De har vist god biokompatibilitet med både bein og bløtvev.

Disse bioglassene vil gjøre det mulig å gjenvinne bein fra ansiktet til mennesker som har mistet dem ved et uhell eller sykdom.

risiko

Veldig fine silikapartikler kan bli luftbårne og danne ikke-eksplosive støv. Men dette støvet kan irritere huden og øynene. Innånding forårsaker irritasjon av luftveiene.

I tillegg forårsaker innånding av silikastøv langsiktig progressiv skade på lungene, kalt silikose.

referanser

1. US National Library of Medicine. (2019). Silisiumdioksid. Gjenopprettet fra pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
3. Da Silva, MR et al. (2017). Grønne ekstraksjonsteknikker. Silikabaserte sorbenter. I omfattende analytisk kjemi. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (redaktør). (2018). Bioaktive briller: materialer, egenskaper og applikasjoner (andre utgave). Elsevier. Gjenopprettet fra books.google.co.ve.
5. Windholz, M. et al. (redaktører) (1983) Merck-indeksen. Et leksikon av kjemikalier, medikamenter og biologiske stoffer. Tiende utgave. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. og Suni, T. (2015). Tykkfilm SOI Wafers. I Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (Second Edition). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. et al. (2010). Termo-optiske brytere. Silikon nanokrystaller. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.