Otwórz menu główne

Ditlenek krzemu

związek chemiczny
Na tę stronę wskazuje przekierowanie z „krzemionka”. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.

Ditlenek krzemu, krzemionka (nazwa Stocka: tlenek krzemu(IV)), SiO2nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym krzem występuje na IV stopniu utlenienia.

Ditlenek krzemu
Dwuwymiarowa prezentacja struktury krzemionki
Dwuwymiarowa prezentacja struktury krzemionki
Struktura 2D ditlenku krzemu
Struktura 2D ditlenku krzemu
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny SiO2
Masa molowa 60,08 g/mol
Wygląd bezbarwne kryształy[1]
Minerały kwarc, trydymit, krystobalit, coesyt, stiszowit, lechaterieryt
Identyfikacja
Numer CAS 7631-86-9
PubChem 24261[2]
Podobne związki
Podobne związki SiO, CO2, GeO2, Si3N4
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

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.

StrukturaEdytuj

Wzór empiryczny ditlenku krzemu (SiO2) nie oddaje dobrze jego faktycznej struktury w stanie stałym. W rzeczywistości ditlenek 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 może zawierać atomy wodoru, metali alkalicznych lub grupy hydroksylowe.

Odmiany SiO2Edytuj

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 i 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 i pięknie wykształcone, np. kryształ górski. Mogą być także zabarwione na kolor fioletowy (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.

Krzemionka biogenicznaEdytuj

Niektóre postacie krzemionki (także uwodnionej, jako opal) powstają w organizmach żywych. Krzemionka jest składnikiem skorupek okrzemek, których złoża tworzą diatomit zawierający 80–95% krzemionki[5]. Rośliny wytwarzają drobne krzemionkowe twory zwane fitolitami[6].

Minerały SiO2Edytuj

 
Kryształ kwarcu

Czysta krzemionka ma kilka odmian krystalicznych. Pod normalnym ciśnieniem są one trwałe w temperaturach[1]:

  • kwarc α: <573 °C
  • kwarc β: 573–867 °C
  • trydymit: 867–1470 °C
  • krystobalit: 1470–1722 °C (temperatura topnienia)

W wysokich ciśnieniach występują ponadto odmiany krystobalit α i trydymit α.

Inne odmiany:

KrzemionkaEdytuj

Szybkie schładzanie ciekłej krzemionki prowadzi do otrzymania krzemionki bezpostaciowej, która składa się z kombinacji domen fazy amorficznej[potrzebny przypis] 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[7].

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. Ditlenek krzemu ogrzewany z pierwiastkowym krzemem w próżni do temperatury 1250 °C daje tlenek krzemu (SiO).

SiO2 + Si → 2SiO

ZagrożeniaEdytuj

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.

ZastosowanieEdytuj

Z czystej krzemionki wytwarza się:

Ditlenek 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 ditlenku 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.

PrzypisyEdytuj

  1. a b c d e f g h i j k l CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R. Lide (red.), wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-88, ISBN 978-1-4200-9084-0.
  2. Ditlenek krzemu (CID: 24261) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  3. a b c Ditlenek krzemu (nr 637238) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2012-07-13].
  4. Ditlenek krzemu (nr 637238) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych (ze względu na zmianę sposobu wywołania karty charakterystyki, aby pobrać kartę dla obszaru USA, na stronie produktu należy zmienić lokalizację na "United States" i ponownie pobrać kartę). [dostęp 2012-07-13].
  5. Lloyd E. Antonides: Diatomite (ang.). W: Minerals Yearbook – 1997 [on-line]. U.S. Geological Survey. [dostęp 2012-02-16].
  6. A.G. Sangster, M.J. Hodson, H.J. Tubb: Silicon deposition in higher plants. W: Silicon in Agriculture. L.E. Datnoff, G.H. Snyder, G.H. Korndörfer (redaktorzy). 2001, s. 85–113, seria: Studies in Plant Science. DOI: 10.1016/S0928-3420(01)80009-4. ISBN 978-0-444-50262-9.
  7. a b Edward Józefowicz: Chemia nieorganiczna. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1962 Warszawa, s. 470.

Linki zewnętrzneEdytuj