Ditlenek krzemu

Ditlenek krzemu
	Dwuwymiarowa prezentacja struktury krzemionki
	; Struktura 2D ditlenku krzemu
Nazewnictwo
	Nomenklatura systematyczna (IUPAC)
konst.	ditlenek krzemu, tlenek(2−) krzemu(4+), tlenek krzemu(4+), tlenek krzemu(IV)
podst.	dioksosilan, silanodion
addyt.	dioksydokrzem
	Inne nazwy i oznaczenia
Stocka	tlenek krzemu(IV)
inne	pot. krzemionka, daw. dwutlenek krzemu
	Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	SiO; 2
Masa molowa	60,08 g/mol
Wygląd	bezbarwne kryształy
Minerały	kwarc, trydymit, krystobalit, coesyt, stiszowit
	Identyfikacja
Numer CAS	7631-86-9
PubChem	24261
DrugBank	DB11132
SMILES
	O=[Si]=O
InChI
	InChI=1S/O2Si/c1-3-2
	InChIKey
	VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N
Właściwości
	Gęstość
	2,648 g/cm³ (kwarc α); ciało stałe; 2,533 g/cm³ (600 °C; kwarc β); ciało stałe; 2,265 g/cm³ (trydymit); ciało stałe; 2,334 g/cm³ (krystobalit); ciało stałe; 2,196 g/cm³ (forma amorficzna); ciało stałe
	Rozpuszczalność w wodzie
	nierozpuszczalny
	w innych rozpuszczalnikach
	kwas fluorowodorowy; nierozpuszczalny w kwasach mineralnych
Temperatura topnienia	1713 °C (forma amorficzna); 1722 °C (krystobalit)
Temperatura wrzenia	2950 °C
Niebezpieczeństwa
	Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2012-07-13]
	Globalnie zharmonizowany system; klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
	Na podstawie podanego źródła
Uwaga
Zwroty H	H319, H335
Zwroty P	P261, P305+P351+P338
	NFPA 704
Na podstawie; podanego źródła	0 2 0
Numer RTECS	VV7310000
Dawka śmiertelna	LD50 3160–7500 mg/kg (szczur, drogą pokarmową)
	Podobne związki
Podobne związki	SiO, CO; 2, GeO22, Si; 3N; 4
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons
	Hasło w Wikisłowniku

Ditlenek krzemu, krzemionka, nazwa Stocka: tlenek krzemu(IV), SiO
2 – nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym krzem występuje na IV 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.

W maju 2007 r. łazik Spirit odkrył na Marsie obszar bogaty w 90% w ditlenek krzemu. Naukowcy przypuszczają, że krzemionka na Marsie pochodzi z interakcji gleby z kwaśnymi opadami, tworzonymi przez aktywność wulkaniczną w obecności wody, co wskazywałoby na istnienie wody na Marsie w przeszłości^[4].

Struktura

Wzór empiryczny ditlenku krzemu (SiO
2) 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

W naturze krzemionka powstaje w wyniku wytrącenia z gorących roztworów. Może przyjmować formę bezpostaciową (opal) lub skrytokrystaliczną (chalcedon, agat), natomiast w wyższych temperaturach we wnętrzu Ziemi tworzy formy krystaliczne: kwarc, trydymit, krystobalit, coesyt i stiszowit. W specyficznych warunkach powstaje lechatelieryt.

Krzemionka jest też końcowym produktem bardzo powolnego rozkładu krzemianów pod wpływem wody i dwutlenku węgla.

Dwutlenek krzemu tworzy różne minerały w zależności od zabarwienia i postaci w jakiej występuje. Najczęstszą postacią SiO
2 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). Kwarc stanowi główny składnik takich skał jak: granit, gnejs, piaskowiec.

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 SiO
2 jako część ich struktury, łączna jej zawartość wynosi ok. 50% skorupy ziemskiej.

Krzemionka biogeniczna

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

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:

Krzemionka

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 Na
2CO
3 i K
2CO
3, gazowym fluorowodorem (HF) oraz kwasem fluorowodorowym.

W wyniku reakcji z KOH, NaOH, Na
2CO
3 i K
2CO
3 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).

SiO
2 + Si → 2SiO

Zagrożenia

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.

Zastosowanie

Z czystej krzemionki wytwarza się:

szkło kwarcowe – całkowicie amorficzna krzemionka topiona^[7] o wysokiej czystości; charakteryzuje się bardzo niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, w przeciwieństwie do innych szkieł nie pochłania promieniowania UV. Stosowane do wyrobu szkła laboratoryjnego i elementów optycznych
żel krzemionkowy – kserożel uwodnionej krzemionki; stosowany jako środek suszący i faza stała w chromatografii
aerożel krzemionkowy

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.

Krzemionka jest również głównym składnikiem materiałów izolacyjnych, stosowanych w budownictwie oraz przemyśle^[8].

Kwarc oraz szkło kwarcowe są ważnymi materiałami stosowanymi w optyce, spektroskopii i elektronice.

Przypisy

↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-88, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
↑ ^a ^b Krzemionka [online], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 [dostęp 2012-07-13] . (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ Silicon dioxide [online], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 [dostęp 2012-07-13] (ang.). (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ Mars Rover Spirit Unearths Surprise Evidence of Wetter Past [online], NASA [dostęp 2022-01-03] (ang.).
↑ Lloyd E.L.E. Antonides Lloyd E.L.E., Diatomite, [w:] Minerals Yearbook – 1997 [online], U.S. Geological Survey [dostęp 2012-02-16] (ang.).
↑ A.G.A.G. Sangster A.G.A.G., M.J.M.J. Hodson M.J.M.J., H.J.H.J. Tubb H.J.H.J., Silicon deposition in higher plants, [w:] Silicon in Agriculture, L.E.L.E. Datnoff (red.), G.H.G.H. Snyder (red.), G.H.G.H. Korndörfer (red.), 2001 (Studies in Plant Science), s. 85–113, DOI: 10.1016/S0928-3420(01)80009-4, ISBN 978-0-444-50262-9 .
↑ ^a ^b EdwardE. Józefowicz EdwardE., Chemia nieorganiczna, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1962, s. 470 .
↑ Insulation system overview [online], www.skamol.com [dostęp 2022-09-13] (ang.).

Linki zewnętrzne

Porównanie własności fizycznych krystalicznego kwarcu i szkła kwarcowego (ang.)

[CRC-1] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-88, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).

[Aldrich-2] Krzemionka [online], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 [dostęp 2012-07-13] . (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[Aldrich-US-3] Silicon dioxide [online], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 [dostęp 2012-07-13] (ang.). (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[4] Mars Rover Spirit Unearths Surprise Evidence of Wetter Past [online], NASA [dostęp 2022-01-03] (ang.).

[Antonides-5] Lloyd E.L.E. Antonides Lloyd E.L.E., Diatomite, [w:] Minerals Yearbook – 1997 [online], U.S. Geological Survey [dostęp 2012-02-16] (ang.).

[Sangster-6] A.G.A.G. Sangster A.G.A.G., M.J.M.J. Hodson M.J.M.J., H.J.H.J. Tubb H.J.H.J., Silicon deposition in higher plants, [w:] Silicon in Agriculture, L.E.L.E. Datnoff (red.), G.H.G.H. Snyder (red.), G.H.G.H. Korndörfer (red.), 2001 (Studies in Plant Science), s. 85–113, DOI: 10.1016/S0928-3420(01)80009-4, ISBN 978-0-444-50262-9 .

[Jozefowicz-7] EdwardE. Józefowicz EdwardE., Chemia nieorganiczna, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1962, s. 470 .

[8] Insulation system overview [online], www.skamol.com [dostęp 2022-09-13] (ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]