| Dwutlenek krzemu | ||||||
|
||||||
| Ogólne informacje | ||||||
| Nomenklatura systematyczna (IUPAC): | ||||||
| ditlenek krzemu; tlenek krzemu(IV) | ||||||
| Inne nazwy | krzemionka | |||||
| Wzór sumaryczny | SiO2 | |||||
| Masa molowa | 60,08 g/mol | |||||
| Identyfikacja | ||||||
| Numer CAS | 7631-86-9 | |||||
|
||||||
| Podobne związki | ||||||
| Podobne związki | tlenek krzemu, dwutlenek węgla, dwutlenek germanu, azotek krzemu | |||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków standardowych (25°C, 1000 hPa) |
||||||
Krzemionka (dwutlenek krzemu, nazwa systematyczna: ditlenek krzemu lub tlenek krzemu(IV), SiO2, ang. silicon dioxide) – nieorganiczny związek chemiczny – tlenek krzemu na IV stopniu utlenienia.
Ogólny, sumaryczny wzór krzemionki (SiO2) nie oddaje dobrze jej faktycznej struktury chemicznej. W rzeczywistości tworzy ona rozbudowane struktury przestrzenne, w których prawie każdy atom krzemu jest połączony z czterema atomami tlenu, zaś prawie każdy atom tlenu łączy się z dwoma atomami krzemu. W sieci tej występuje jednak wiele defektów. Ponadto powierzchnia krzemionki, w zależności od pochodzenia zawierać może atomy wodoru, metali alkalicznych lub grupy hydroksylowe.
[edytuj] Występowanie
Czysta krzemionka posiada kilka odmian krystalicznych. Pod normalnym ciśnieniem:
- kwarc α – który w temperaturze 846 K przechodzi w
- kwarc β – który w temperaturze 1143 K przechodzi w
- trydymit β – który w temperaturze 1743 K przechodzi w
- krystobalit β – który w temperaturze 1983 K ulega stopieniu.
W wysokich ciśnieniach występują ponadto odmiany: krystobalit α i trydymid α.
Krzemionka jest końcowym produktem bardzo powolnego rozkładu krzemianów pod wpływem wody i dwutlenku węgla. Występuje w przyrodzie w dużych ilościach jako piasek. Zawiera najczęściej różne zanieczyszczenia. Prawie czystą krzemionką jest piasek morski. W zależności od postaci, w jakiej występuje i zabarwienia tlenek krzemu tworzy różne minerały. Kryształy kwarcu mogą być bezbarwne, pięknie wykształcone, np. kryształ górski. Mogą być także zabarwione na kolor fioletowy, są to ametysty lub żółty – cytryny. Jeżeli występuje w postaci krystalicznej, jest nazywany kwarcem. Kwarc jest również głównym składnikiem wielu minerałów, m.in. opalu, który jest bezpostaciową odmianą kwarcu, chalcedonu i agatu. Kwarc stanowi główny składnik skał: granitu, gnejsu, piaskowca.
Krzemionka jest bardzo rozpowszechnionym związkiem w skorupie ziemskiej. W miarę czyste jej postacie (głównie piasek i piaskowiec) stanowią ok. 12% jej masy, natomiast jeśli uwzględnić także wszystkie minerały, w skład których wchodzi ona jako część ich struktury, łączna jej zawartość wynosi ok 50% skorupy ziemskiej.
[edytuj] Właściwości
Szybkie schładzanie ciekłej krzemionki prowadzi do otrzymania krzemionki bezpostaciowej, która składa się z kombinacji domen fazy amorficznej przemieszanej z domenami kwarcu, trydymitu i krystobalitu. Jest to tzw. krzemionka topiona.
Podczas bardzo wolnego ochładzania zestala się na szkliste, bezpostaciowe ciało stałe (szkło kwarcowe), odporne na działanie czynników chemicznych. Szkło kwarcowe ma mały współczynnik rozszerzalności termicznej, dzięki czemu wykazuje dużą odporność na szybkie zmiany temperatury. Dobrze przepuszcza promienie nadfioletowe.
Jest substancją stałą, bardzo twardą. Dwutlenek krzemu topi się w temperaturze 1723°C (można ją obniżyć dodając tzw. topniki). Temperatura wrzenia jest również wysoka, bo wynosi 2230°C. Krzemionka jest bardzo odporna chemicznie i nie reaguje z niczym oprócz wrzącego, stężonego roztworu wodnego KOH i NaOH, stopionego Na2CO3 i K2CO3, gazowego fluorowodoru (HF) oraz stężonego roztworu tego gazu w wodzie zwanego kwasem fluorowodorowym.
W wyniku reakcji z KOH, NaOH, Na2CO3 i K2CO3 powstają odpowiednie sole – krzemiany sodu i potasu – które są rozpuszczalne w wodzie i sprzedawane jako tzw. szkło wodne. Ditlenek krzemu ogrzewany do 1250°C z krzemem w próżni daje tlenek krzemu, SiO.
- SiO2 + Si → 2SiO
Rozdrobniona krzemionka może być przyczyną pylicy płuc. Szczególnie narażeni na tę chorobę są pracownicy zatrudnieni w piaskowniach, kopalniach oraz przemyśle, w którym wykorzystuje się piasek.
Cząstki pyłu o średnicy poniżej 3μm osadzają się w pęcherzykach płucnych powodując zmiany w ich budowie, prowadzące do zwłóknienia płuc.
[edytuj] Zastosowanie
Krzemionka jest podstawowym składnikiem kilku powszechnie stosowanych materiałów. Są to:
- szkło
- kwarc
- silikażel
- aerożel – krzemionkowy
- całkowicie amorficzna krzemionka topiona (fused silica)
Kwarc jest stosowany do wyrobu pryzmatów i soczewek w przyrządach optycznych, a także jest używany w radiotechnice. Znalazł zastosowanie w elektronice jako izolator. Stopiony kwarc służy do wyrobu naczyń i aparatury laboratoryjnej, a także lamp kwarcowych.
Dwutlenek krzemu w formie piasku jest stosowany do produkcji szkła, szkła wodnego, zaprawy murarskiej, cementu, wyrobów ceramicznych, emalii, form odlewniczych i innych. Jest również surowcem do otrzymywania krzemu i jego stopów. Silikażel jest stosowany jako środek suszący, katalizator, nośnik katalizatorów. Odmiany dwutlenku krzemu są stosowane do wyrobów jubilerskich, a także do tworzenia przedmiotów ozdobnych, np. pucharów.