| Dwutlenek krzemu | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Nazewnictwo | |||||||||||||
| |||||||||||||
| |||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||
| Wzór sumaryczny | SiO2 | ||||||||||||
| Masa molowa | 60,08 g/mol | ||||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||||
| Numer CAS | 7631-86-9 | ||||||||||||
| PubChem | 24261[1] | ||||||||||||
| |||||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||||
| Podobne związki | tlenek krzemu, dwutlenek węgla, dwutlenek germanu, azotek krzemu | ||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | |||||||||||||
Ditlenek krzemu, dwutlenek krzemu (krzemionka), SiO2 – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek krzemu na +4 stopniu utlenienia.
Zwykle jest krystalicznym ciałem stałym o dużej twardości. Występuje powszechnie na Ziemi jako minerał kwarc − składnik różnego rodzaju skał, piasku i wielu minerałów. Tworzy kamienie półszlachetne.
Spis treści |
Wzór empiryczny dwutlenku krzemu (SiO2) nie oddaje dobrze jego faktycznej struktury w stanie stałym. W rzeczywistości dwutlenek krzemu tworzy 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.
W naturze krzemionka powstaje w wyniku wytrącenia z gorących roztworów. Może przyjmować formę "bezpostaciową", a właściwie skrytokrystaliczną (opal, chalcedon). W wyższych temperaturach, we wnętrzu Ziemi tworzy formy krystaliczne: kwarc, trydymit, krystobalit, coesyt, stiszowit. W specyficznych warunkach powstaje lechaterieryt.
Krzemionka jest też końcowym produktem bardzo powolnego rozkładu krzemianów pod wpływem wody i dwutlenku węgla.
Najczęstszą postacią SiO2 jest kwarc. Występuje on w przyrodzie w dużych ilościach jako piasek. Zawiera najczęściej różne zanieczyszczenia. 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 stanowi główny składnik skał: granitu, gnejsu, piaskowca. W zależności od postaci, w jakiej występuje i zabarwienia tlenek krzemu tworzy różne minerały. Krzemionka jest również głównym składnikiem wielu minerałów, m.in. opalu, który jest bezpostaciową odmianą kwarcu, chalcedonu i agatu.
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 SiO2 jako część ich struktury, łączna jej zawartość wynosi ok. 50% skorupy ziemskiej.
Niektóre postacie krzemionki (także uwodnionej, jako opal) powstają w organizmach żywych. Krzemionka jest składnikiem skorupek okrzemek, których złoża tworzą diatomit zawierający 80-95% krzemionki[2]. Rośliny wytwarzają drobne krzemionkowe twory zwane fitolitami[3].
Czysta krzemionka posiada kilka odmian krystalicznych. Pod normalnym ciśnieniem:
W wysokich ciśnieniach występują ponadto odmiany: krystobalit α i trydymid α.
Inne odmiany:
Szybkie schładzanie ciekłej krzemionki prowadzi do otrzymania krzemionki bezpostaciowej, która składa się z kombinacji domen fazy amorficznej[potrzebne źródło] przemieszanej z domenami kwarcu, trydymitu i krystobalitu. Jest to tzw. krzemionka topiona.
Podczas bardzo wolnego ochładzania zestala się na szkliste, bezpostaciowe ciało stałe, tzw. szkło kwarcowe[potrzebne źródło].
Krzemionka jest substancją stałą o dużej twardości. Topi się w temperaturze 1723 °C (można ją obniżyć dodając tzw. topniki). Temperatura wrzenia wynosi 2230 °C. Krzemionka ma wysoką odporność chemiczną. Reaguje z alkaliami, przy czym reakcje te przebiegają bardzo powoli, z wyjątkiem stężonych, gorących roztworów wodnych wodorotlenków, np. potasu (KOH) i sodu (NaOH). Reaguje ze stopionym Na2CO3 i K2CO3, gazowym fluorowodorem (HF) oraz 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. Tlenek krzemu(IV) ogrzewany z pierwiastkowym krzemem w próżni do temperatury 1250 °C daje tlenek krzemu(II) (SiO).
Rozdrobniona krzemionka (kwarc) 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 3 μm osadzają się w pęcherzykach płucnych powodując zmiany w ich budowie, prowadzące do zwłóknienia płuc.
Z czystej krzemionki wytwarza się:
Dwutlenek krzemu w formie piasku (kwarcowego) 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.
Kwarc oraz szkło kwarcowe są ważnymi materiałami stosowanymi w optyce, spektroskopii i elektronice.
