Как сделать диоксид кремния

Диоксид кремния, свойства, получение, химические реакции

Диоксид кремния, свойства, получение, химические реакции.

Диоксид кремния – неорганическое бесцветное полупрозрачное вещество, имеющее химическую формулу SiO₂.

Краткая характеристика диоксида кремния:

Диоксид кремния (оксид кремния (IV)) или кремнезем представляет собой кристаллы, которые не имеют цвета и характеризуются высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью.

Химическая формула диоксида кремния SiO₂

Диоксид кремния содержит два атома кислорода и один атом кремния.

Имеет устойчивость к воздействию кислот и не взаимодействует с водой.

При повышении внешней температуры может взаимодействовать c основными оксидами и щелочами.

Является хорошим диэлектриком (если отсутствуют примеси), так как препятствует прохождению электрического тока.

В природе диоксид кремния в основном встречается в виде минерала кварца. Находится почти во всех горных пародах. Является составной частью литосферы, а так же встречается в живых организмах в небольших количествах.

Модификации диоксида кремния:

Известны следующие кристаллические модификации диоксида кремния с соответствующей известной плотностью (в зависимости от температуры):

Физические свойства диоксида кремния:

silicon dioxide (англ.)

silicon (IV) oxide (англ.)

quartz (англ.)Тип веществанеорганическоеВнешний видбесцветные кристаллыЦвет—Вкус—Запах—Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.)твердое веществоПлотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м3от 1960 до 2648Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см3от 1,96 до 2,648Температура кипения, °C2950Температура плавления, °C1713 (аморфный)Молярная масса, г/моль60,0843Твердость по шкале Мооса6

Получение диоксида кремния:

Химические реакции диоксида кремния (оксид кремния (IV)):

SiO₂ + C → SiO + CO (t = 1300 °C).

В результате реакции образуется оксид кремния (II) и оксид углерода (II).

В результате реакции образуется оксид хрома (IV) и фторид кремния (IV).

В результате реакции образуется фторид кремния (IV), оксид азота (II) и оксид азота (IV).

В результате реакции образуется оксид серы (IV) и фторид кремния (IV).

В результате реакции образуется хлорид кремния (IV) и оксид углерода (IV).

В результате реакции образуется гидрид кремния (IV), оксид лития и оксид алюминия.

Применение диоксида кремния navichem:

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Мировая экономика

Справочники

Востребованные технологии

Поиск технологий

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

О Второй индустриализации

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Источник

Диоксид кремния

Диоксид кремния
Систематическое наименование	оксид кремния (IV)
Традиционные названия	кремнезём
Хим. формула	SiO2
Рац. формула	SiO2
Температура
• плавления	1600 °C
• кипения	2950 °C
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
ГОСТ	ГОСТ 9428-73
Рег. номер CAS	7631-86-9
PubChem	24261
Рег. номер EINECS	231-545-4
SMILES
Кодекс Алиментариус	E551
RTECS	VV7565000
ChEBI	30563
ChemSpider	22683
Токсичность	Пыль SiO2 чрезвычайно токсична и канцерогенна при вдыхании, поражает лёгкие, приводит к силикозу
Пиктограммы ECB
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Диоксид кремния (кремнезём, SiO₂; лат. silica ) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления +1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе.

Содержание

Свойства

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO₂·nH₂O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоёмах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO₂ — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем — в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в кратере Бэрринджера (кратере Аризонского метеорита). Согласно некоторым исследованиям, стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO₂ наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO₂ — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для плавления стекла.

При сплавлении SiO₂ с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH₂O·ySiO₂ (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идёт об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na₂CaSi₆O₁₄ (Na₂O·CaO·6SiO₂) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твёрдого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO_4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединён с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO_4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO_4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO₂. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO₂, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, в парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство фармакопей), для стабилизации суспензий и линиментов, в качестве загустителя мазевых основ, наполнителя таблеток и суппозиториев. Он входит в состав композиции пломбировочных материалов, снижает гигроскопичность сухих экстрактов, замедляет выход БАВ из различных лекарственных форм; в качестве пищевых добавок и сорбента, а также матриц для создания лекарственных форм с заданными свойствами – так как нет кристаллической структуры (аморфен) – безопасен, а также в качестве пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента Полисорб МП с широким спектром применения с учётом высокой удельной поверхности сорбции (в интервале 300-400 м² ) на 1 г основного вещества.

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и другом.
Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Также диоксид кремния нашёл наиболее широкое применение в шинной промышленности, производстве РТИ и пластмасс, химической промышленности, машиностроении, а в ряде конкретных операций:

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (SiH₄). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Токсичность

Источник

Об аморфном диоксиде кремния

Среди твёрдых тел аморфный диоксид кремния отличается самыми низкими теплопроводностью (0,02 Вт/(м • К)), скоростью распространения звука (100 м/с) и диэлектрической проницаемостью. Аморфный кремнезем нагреванием (при температуре свыше 1000 градусов по С) переходит в кристаллическую форму.

Синтетический кремнезем (аморфный диоксид кремния) является незаменимым во многих отраслях современной мировой экономики благодаря тому, что

Таким образом, химическая нейтральность и огромная площадь удельной поверхности (высокоразвитая поверхность) аморфного (некристаллического) диоксида кремния способны придавать новые характеристики различным составам, материалам, продуктам, не меняя их химических свойств. В частности, высокочистый тонкодисперсный синтетический кремнезем с развитой поверхностью может:

​​использоваться в качестве добавки в масла и смазки для любых узлов и механизмов, где есть металлические пары трения. В этом случае из аморфного диоксида кремния в процессе работы механизмов на поверхности трущихся пар образуются силикатные пленки, которые восстановливают геометрические размеры узлов и механизмов до их первоначального состояния, что в несколько раз снижает степень износа.

быть носителем активных веществ в фармацевтических и косметических средствах;

применяться в роли щадящего абразива в парфюмерии и косметике (пиллинг кожи, сорбирование грязи на коже), при производстве кремниевых полупроводниковых пластин и пр. (как полировальная суспензия);

для выращивания кристаллов больших размеров, которые не могут быть выращены в воде. В этом случае для выращивания используется среда геля кремнезема. Структура геля диоксида кремния предотвращает конвекцию и позволяет равномерно протекать процессу диффузии компонентов;

для приготовления синтетических глинистых материалов. Так, каолин в присутствии аморфного диоксида кремния образуется в гидротермальных условиях при 200–300 °С.

связывать и выводить из организма животных и человека различные токсины, соли тяжелых металлов, радионуклеиды;

использоваться в качестве сырья для производства специальных кварцевых стекол с прозрачностью более 99,5% для оптического излучения с длиной волны 248 нм и более 98% для оптического излучения с длиной волны 193 нм, для производства волоконных световодов;

Так же использование аморфного диоксида кремния ускоряет производственный процесс (за счет упрощения технологических циклов, сокращения времени производственного цикла) и требует меньших энергозатрат. Например, для загущения жидких составов синтетическим кремнеземом достаточно комнатной температуры.

Сфера применения высокочистого аморфного диоксида кремния в мировой экономике с каждым годом расширяется, растет его роль в развитии современных отраслей, в создании новых материалов.

Источник