Діоксид кремнію - малюнок

Діоксид кремнію — формула, властивості, застосування



Тверда земна кора практично на 87% складається з силікатів (солей кремнієвих кислот) і оксиду кремнію (формула SiO2) — це піски, пісковики.

З’єднання цього елемента були відомі давно, проте він сам (Si) вперше був отриманий тільки в 1811 році французькими вченими Гей-Люссаком і Тенаром. З того часу елемент широко використовується в багатьох сферах.

Діоксид кремнію - визначення

Кисневі сполуки

Відомо 2 з’єднання силіціума з киснем: монооксид (SiO) і діоксид (SiO2). Перший, двовалентний, є нестійким: на повітрі він повільно окислюється до чотиривалентного:

SiO + O2 → 2SiO2

При підвищенні температури (від 400° C до 1000°C) реакція буде протікати так:

4SiO + O2 → 2Si2O3.

Si2O3 відноситься до нижчих кисневих сполук кремнію. Дані про нього досить обмежені – ще не так давно в середовищі хіміків існування цієї речовини оскаржувалося. Пояснювалося це не тільки труднощами його отримання, але і незвичністю основних властивостей.

За зовнішнім виглядом SiO – це порошок, темно-коричневого кольору, механічно міцний, володіє хорошими діелектричними характеристиками.

Дюни з піску (SiO2)
Дюни з піску (SiO2)

Його хімічні властивості:

  • Інертний щодо кислот (крім флуоридної): SiO + HF → SiF2 + H2O.
  • Добре розчиняється в лугах: SiO + 4NaOH → Na4SiO4 + H2 + H2O.
  • Проявляє властивості відновника.

Отримують монооксид шляхом нагрівання кремнію при нестачі кисню, температура протікання реакції становить 400 °C і вище: 2Si + O2 → 2SiO.

Двовалентний оксид в природному вигляді в природі не зустрічається. Однак в газоподібному стані він присутній в космічних пилових хмарах.

Ще один спосіб отримання – відновлення діоксиду кремнієм при високих температурах: SiO2 + Si → 2SiO.

Монооксид кремнію використовується при виготовленні:

  • волоконної оптики;
  • ізоляційних матеріалів;
  • напівпровідників (оптичні шари).

Друге з’єднання з киснем – діоксид кремнію (найбільш характерне і стійке). Він широко поширений в природі – присутній в складі практично всіх гірських порід.

Діоксид кремнію - властивості

Фізичні властивості та отримання SiO2

Інша назва сполуки SiO2 – кремнезем. Це тверда речовина з атомною кристалічною ґраткою (у вузлах розташовані окремі атоми, з’єднані ковалентними зв’язками). Температура плавлення – 1713 °C, кипіння – 2590 °C.

Отримання діоксиду кремнію:

  • Окислення кремнію: Si + O2 → SiO2.
  • Розкладання водою сульфіду: SiS2 + 2H2O → SiO2 + 2H2S.

  • Вплив кислот на розчинні силікати: Na2SiO3 + 2CH3COOH (оцтова кислота) → 2CH3COONa + H2SiO3;
  • 2SiO3 → SiO2 + H2O.

У природі з’єднання зустрічається у вигляді:

  • звичайного і кварцового піску (через домішки, що містяться в ньому, пісок може набувати різного забарвлення);
  • великих прозорих кристалів гірського кришталю або фіолетового аметисту, агату, яшми;
  • в мінералах тридиміт і крістобаліт (рідкісні камені).
  • Діоксид кремнію - застосування

Хімічна властивість

Діоксид кремнію – з’єднання досить інертне. За хімічними властивостями SiO2 – ангідрид крем’яної кислоти. При нормальних умовах (кімнатна температура) він слабо реагує тільки з концентрованими лугами і флуоридною кислотою.

При нагріванні двоокис кремнію взаємодіє з плавиковою кислотою:

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O

Також для діоксиду кремнію характерні наступні хімічні властивості:

  • Взаємодія з лугами відбувається тільки при підвищеному тиску. В результаті реакцій утворюються силікати – з’єднання з кремнекислим радикалом: SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O; KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O.
  • Аналогічно протікають і реакції взаємодії з карбонатами лужних металів: SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2.
  • Реагування з оксидами лужноземельних металів: SiO2 + CaO → CaSiO3.
  • З водою кремнезем не вступає у взаємодію.
  • При нагріванні до 1000 °C силіціум буде реагувати з металами, утворюючи при цьому чистий кремній: SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO.
  • Перебіг реакцій з неметалами: SiO2 + 2H2 → Si + 2H2O; SiO2 + 3C → SiC (карборунд) + 2CO.

При реакції сплаву двоокису кремнію з фосфатом кальцію і вуглецем відбувається утворення силікату, чадного газу (CO) і виділення чистого фосфору (P):

3SiO2 + Ca3(PO4)2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P

Фосфат кальцію – wt мінеральне добриво, що використовується в сільському господарстві як джерело фосфору.

Діоксид кремнію - застосування2

Виробниче застосування стабільного оксиду кремнію

До того часу, як його властивості не були досліджені досконально, кремнезем використовувався лише для виготовлення будматеріалів (цемент, бетон).

Але в міру його подальшого вивчення сфери застосування значно розширилися:

  • Великі кристали кварцу популярні в ювелірній справі — як напівкоштовні камені (наприклад, гірський кришталь, опал).
  • У промисловості — авіаційна індустрія, оптика, електроніка.
  • При виробництві зубної пасти — як “м’який” абразив.
  • Як вогнетривка речовина в сталеливарному виробництві.
  • У фармацевтичній галузі — як загусник — при виробництві мазей, суспензій, гелів.
  • При виробництві отрутохімікатів (засіб для боротьби з клопами «Гектор») — порошок не отруює комах, але він виводить воду з їх організму, що призводить до подальшого зневоднення і загибелі шкідників.
  • У харчовій промисловості — як стабілізатор суспензій, загусник, порошок для фільтрації (у виробництві пива, масел, натуральних соків), для запобігання злежування і грудкування сипучих продуктів (цукру, борошна, солі). Крім того, цей матеріал використовується як ентеросорбент і навіть самостійна харчова добавка (E551 — в сирах, спеціях, сухих сніданках).

Добавка E551 вважається повністю безпечною для організму людини — вона дозволена до використання не тільки в Україні і країнах колишнього СНД, але також в державах ЄС та в США.

Однак вдихання пилу діоксиду кремнію може привести до появи проблем з боку дихальної системи:

  • бронхіту;
  • рідше — силікозу легенів (захворювання, що знижує здатність легенів переробляти кисень);
  • навіть спровокувати розвиток онкозахворювань.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *