OXID KREMIČITÝ (SIO2): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE, ZÍSKAVANIE - FYZICKÝ - 2026

Oxidu kremičitého je anorganická pevná látka lepením atómu kremíka a dve kyslíka. Jeho chemický vzorec je SiO ₂ . Táto prírodná zlúčenina sa tiež nazýva oxid kremičitý alebo oxid kremičitý.

SiO ₂ je najhojnejším minerálom v zemskej kôre, pretože piesok sa skladá z oxidu kremičitého. V závislosti od štruktúry môže byť oxid kremičitý kryštalický alebo amorfný. Je nerozpustný vo vode, ale rozpúšťa sa v zásadách a fluorovodíkovej kyseline fluorovodíkovej.

Piesok je zdrojom oxidu kremičitého SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Zdroj: Wikimedia Commons.

SiO ₂ je tiež prítomný v štruktúre niektorých rastlín, baktérií a húb. Aj v kostrach morských organizmov. Okrem piesku existujú aj iné druhy kameňov, ktoré sú vyrobené z oxidu kremičitého.

Oxid kremičitý je široko používaný a plní rôzne funkcie. Najrozšírenejšie použitie je ako filtračný materiál pre kvapaliny, ako sú oleje a ropné produkty, nápoje, ako je pivo a víno, ako aj ovocné šťavy.

Má však mnoho ďalších aplikácií. Jedným z najužitočnejších a najdôležitejších je výroba bioaktívnych skiel, ktoré umožňujú vyrábať „lešenia“, kde kostné bunky rastú a produkujú kúsky chýbajúce v dôsledku nehody alebo choroby.

štruktúra

Oxid kremičitý SiO ₂ je molekula tri-atóm, v ktorej je atóm kremíka viazaný na dva kovalentne viazaných atómov kyslíka.

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

Štrukturálnou jednotkou tuhého oxidu kremičitého ako takého je štvorsten, kde jeden atóm kremíka je obklopený 4 atómami kyslíka.

Štruktúrna jednotka pevného oxidu kremičitého: šedá = kremík, červená = kyslík. Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Tetrahedra sa spája zdieľaním atómov kyslíka z ich susediacich vrcholov.

To je dôvod, prečo kremíkový atóm má v každej zo 4 atómy kyslíka v polovici, a to vysvetľuje vzťah vo zlúčenine 1 atóm kremíka až 2 atómy kyslíka (SiO ₂ ).

Štvorsten zdieľať atómy kyslíka v SiO ₂ . Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

SiO ₂ zlúčeniny sa delia do dvoch skupín: kryštalický oxid kremičitý a amorfný oxid kremičitý.

Zlúčeniny kryštalického kremíka majú opakujúce sa štruktúry kremíka a kyslíka.

Kryštalický oxid kremičitý má opakujúce sa jednotky. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego project wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Zdroj: Wikimedia Commons.

Všetky kryštály oxidu kremičitého možno považovať za obrovskú molekulu, kde je kryštálová mriežka veľmi silná. Tetrahedra môže byť spojená rôznymi spôsobmi, čo vedie k vzniku rôznych kryštalických foriem.

V amorfnom oxide kremičitom sú štruktúry pripojené náhodne, bez toho, aby nasledovali definovaný pravidelný obrazec medzi molekulami, a tieto molekuly sú v rôznych priestorových vzťahoch navzájom.

V amorfnom kremíku nie sú väzby opakujúce sa alebo rovnomerné. Silica.svg: * Silica.jpg: sk: Užívateľ: Jdrewittderivative work: Matt. Zdroj: Wikimedia Commons.

názvoslovie

- Oxid kremičitý

-Oxid kremičitý

silika

kremeň

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilane

vlastnosti

Fyzický stav

Bezfarebná až sivá pevná látka.

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

Molekulová hmotnosť

60,084 g / mol

Bod topenia

1713 ° C

Bod varu

2230 ° C

Hustota

2,17-2,32gramů / cm ³

rozpustnosť

Nerozpustný vo vode. Amorfný oxid kremičitý je rozpustný v zásadách, najmä ak je jemne rozdelený. Rozpustný v kyseline fluorovodíkovej HF.

Amorfný oxid kremičitý je menej hydrofilný, to znamená menej príbuzný vode ako kryštalický.

Chemické vlastnosti

SiO ₂ alebo oxid kremičitý je v podstate inertný pre väčšinu látok je veľmi málo reaktívny.

Odoláva útoku z chlóru Cl ₂ , bróm Br ₂ , vodík H ₂ a väčšina kyseliny pri teplote miestnosti alebo mierne vyššia. Je napadnutý fluóru F ₂ , kyseliny fluorovodíkovej HF a alkálie, ako je uhličitan sodný Na ₂ CO ₃ .

SiO _{2 sa} môže kombinovať s kovovými prvkami a oxidmi za vzniku silikátov. Ak je oxid kremičitý roztaví s uhličitanmi alkalických kovov, pri teplote asi 1300 ° C, silikáty alkalických kovov sú získané a CO ₂ sa uvoľňuje .

Nie je horľavý. Má nízku tepelnú vodivosť.

Prítomnosť v prírode

Hlavným zdrojom siliky v prírode je piesok.

SiO ₂ , alebo oxid kremičitý je vo forme troch kryštalických odrôd: kremeň (najstabilnejší), tridymit, a kristobalit. Amorfné formy siliky sú achát, jaspis a onyx. Opál je amorfný hydratovaný oxid kremičitý.

Existuje tiež takzvaný biogénny oxid kremičitý, to znamená oxid kremičitý generovaný živými organizmami. Zdrojmi tohto typu siliky sú baktérie, huby, rozsievky, morské huby a rastliny.

Lesklé, tvrdé časti bambusu a slamy obsahujú oxid kremičitý a kostry niektorých morských organizmov majú tiež vysoký podiel oxidu kremičitého; najdôležitejšie sú však kremeliny.

Kremeliny sú geologické produkty rozpadnutých jednobunkových organizmov (rias).

Iné druhy prírodného oxidu kremičitého

V prírode existujú aj tieto odrody:

- Sklovité siliky, ktoré sú sopečnými sklami

- Lechaterielity, ktoré sú prírodnými sklami vyrobenými fúziou kremičitého materiálu pod vplyvom meteoritov

- Kondenzovaný oxid kremičitý, ktorý je oxid kremičitý zahriaty na kvapalnú fázu a ochladený bez toho, aby kryštalizoval

získanie

Oxid kremičitý z piesku sa získava priamo z lomov.

Piesočný lom v Kalifornii. Ruff Tuff krémový list. Zdroj: Wikimedia Commons.

Týmto spôsobom sa tiež získava kremelina alebo kremelina pomocou bagrov a podobných zariadení.

Amorfného oxidu kremičitého sa pripraví z vodných roztokov kremičitanov alkalických kovov (ako je Na sodný) neutralizáciou kyselinou, ako je kyselina sírová H ₂ SO ₄ , kyseliny chlorovodíkovej HCl alebo oxid uhličitý CO ₂ .

Ak je konečné pH roztoku neutrálne alebo zásadité, získa sa vyzrážaný oxid kremičitý. Ak je pH kyslé, získa sa silikagél.

Ľahčený oxid kremičitý sa pripravuje spaľovanie prchavé zlúčeniny kremíka, zvyčajne chlorid kremičitý SiCl ₄ . Vyzrážaný oxid kremičitý sa získa z vodného roztoku kremičitanov, ku ktorému sa pridá kyselina.

Koloidný oxid kremičitý je stabilná disperzia častíc koloidnej veľkosti amorfného oxidu kremičitého vo vodnom roztoku.

aplikácia

V rôznych aplikáciách

Oxid kremičitý alebo SiO ₂ má široký rad funkcií, napríklad, ktoré slúžia ako brúsny absorpčného protihrudkujúce, plnivá, kalivá a podporovať pozastavenie ďalších látok, okrem mnohých iných spôsobov použitia.

Používa sa napríklad:

- pri výrobe skla, keramiky, žiaruvzdorných materiálov, brúsnych materiálov a vodného skla

- Odfarbovanie a čistenie olejov a ropných produktov

- V odlievacích formách

- Ako prostriedok proti spekaniu pre prášky všetkých druhov

- Odpeňovač

- Na filtrovanie kvapalín, ako sú rozpúšťadlá na chemické čistenie, voda z bazénov a komunálne a priemyselné odpadové vody

- pri výrobe tepelnej izolácie, ohňovzdorných tehál a obalových materiálov odolných voči ohňu a kyselinám

- Plnivo pri výrobe papiera a lepenky, aby boli odolnejšie

- Ako plnivo pre farby na zlepšenie ich toku a farby

- V materiáloch na leštenie kovov a dreva, pretože dodáva brúsivosť

- V laboratóriách pre chemickú analýzu v chromatografii a ako absorbent

- ako prostriedok proti spekaniu v insekticídnych a agrochemických prípravkoch na pomoc pri mletí voskových pesticídov a ako nosič účinnej látky

- ako katalyzátorový nosič

- Plnivo na vystuženie syntetických kaučukov a kaučukov

- je nosičom tekutín v krmive pre zvieratá

- V tlačiarenských farbách

- je sušidlo a adsorbent vo forme silikagélu

- ako prísada do cementu

- Rovnako ako piesok pre domáce zvieratá

- V izolátoroch pre mikroelektroniku

- Na termooptických spínačoch

Silikagél. KENPEI. Zdroj: Wikimedia Commons.

V potravinárskom priemysle

Amorfný oxid kremičitý je začlenený do rôznych potravinárskych výrobkov ako multifunkčná priama zložka v rôznych druhoch potravín. Nemala by prekročiť 2% hotových potravín.

Napríklad slúži ako prostriedok proti spekaniu (na zabránenie prilepovania určitých potravín), ako stabilizátor pri výrobe piva, ako prostriedok proti zrážaniu, na filtrovanie vína, piva a ovocných alebo zeleninových štiav.

Zariadenia na filtrovanie vína kremelinou (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Zdroj: Wikimedia Commons.

Pôsobí ako absorbent tekutín v niektorých potravinách a je súčasťou mikrokapsúl aromatických olejov.

Okrem toho je amorfný SiO ₂ sa aplikuje pomocou špeciálneho procesu na povrchu plastov balenie potravín článkov, pôsobiaci ako bariéra.

Vo farmaceutickom priemysle

Pridáva sa ako prostriedok proti spekaniu, zahusťovadlo, želatinačné činidlo a ako pomocná látka, to znamená ako tabletovací prostriedok pre rôzne liečivá a vitamíny.

V kozmetickom priemysle a priemysle osobnej starostlivosti

Používa sa vo veľkom počte produktov: v pleťových púdroch, očných tieňoch, očných linkách, rúžoch, červenkách, odličovačoch, púdroch, pudroch na nohy, farbách na vlasy a bielidlách.

Tiež v olejoch a kúpeľových soliach, penových kúpeľoch, krémoch na ruky a telo, zvlhčovačoch, dezodorantoch, pleťových krémoch alebo maskách (okrem krémov na holenie), parfumoch, pleťových vodách a čistiacich krémoch.

Tiež v noci hydratačné krémy, laky na nechty a farby na nechty, pleťové vody osviežujúce pleť, tonizátory vlasov, zubné pasty, kondicionéry na vlasy, opaľovacie gély a krémy.

V terapeutických aplikáciách

SiO ₂ je prítomný v bioaktívnych sklách alebo sklenených sklách, ktorých hlavnou charakteristikou je to, že môžu chemicky reagovať s biologickým prostredím, ktoré ich obklopuje, a vytvárať silné a trvalé spojenie so živým tkanivom.

Tento typ materiálu sa používa na výrobu náhrad kostí, ako sú tie na tvári, ako „lešenia“, na ktorých budú kostné bunky rásť. Vykazovali dobrú biologickú kompatibilitu s kosťami aj mäkkými tkanivami.

Tieto biologické okuliare umožnia regeneráciu kostí z tváre ľudí, ktorí ich pri nehode alebo chorobe stratili.

riziká

Veľmi jemné častice oxidu kremičitého sa môžu šíriť vzduchom a tvoriť nevýbušné prachy. Tento prach však môže dráždiť pokožku a oči. Jeho vdýchnutie spôsobuje podráždenie dýchacích ciest.

Okrem toho vdychovanie oxidu kremičitého spôsobuje dlhodobé progresívne poškodenie pľúc, ktoré sa nazýva silikóza.

Referencie

1. Americká národná lekárska knižnica. (2019). Oxid kremičitý. Získané z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
3. Da Silva, MR a kol. (2017). Techniky zelenej extrakcie. Sorbenty na báze kremíka. V Comprehensive Analytical Chemistry. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Ylänen, H. (editor). (2018). Bioaktívne sklá: Materiály, vlastnosti a aplikácie (druhé vydanie). Elsevier. Obnovené z books.google.co.ve.
5. Windholz, M. a kol. (editori) (1983) The Merck Index. Encyklopédia chemikálií, liečiv a biologických látok. Desiate vydanie. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. a Suni, T. (2015). Silnofilmové doštičky SOI. V Príručke materiálov a technológií MEMS založených na kremíku (druhé vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
7. Sirleto, L. a kol. (2010). Termooptické spínače. Kremíkové nanokryštály. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.