Ditlenek krzemu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Disambig.svg Na tę stronę wskazuje przekierowanie z „krzemionka”. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.
Ditlenek krzemu
Dwuwymiarowa prezentacja struktury krzemionki
Dwuwymiarowa prezentacja struktury krzemionki
Struktura 2D ditlenku krzemu
Struktura 2D ditlenku krzemu
Nazewnictwo
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[4]
Podobne związki
Podobne związki SiO, CO2, GeO2, Si3N4
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons

Ditlenek krzemu (nazwa Stocka: tlenek krzemu(IV); krzemionka), SiO2nieorganiczny 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.

Struktura[edytuj | edytuj kod]

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 zawierać może atomy wodoru, metali alkalicznych lub grupy hydroksylowe.

Odmiany SiO2[edytuj | edytuj kod]

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.

Krzemionka biogeniczna[edytuj | edytuj kod]

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 SiO2[edytuj | edytuj kod]

Kryształ kwarcu

Czysta krzemionka ma kilka odmian krystalicznych. Pod normalnym ciśnieniem trwałe są one 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[edytuj | edytuj kod]

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[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

Zagrożenia[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

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.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 CRC Handbook of Chemistry and Physics. David R. Lide (red.). Wyd. 90. Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-88. ISBN 9781420090840.
  2. Ditlenek krzemu (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2012-07-13].
  3. 3,0 3,1 3,2 Ditlenek krzemu (pol.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Polski. [dostęp 2012-07-13].
  4. Ditlenek krzemu – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  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 9780444502629.
  7. 7,0 7,1 Edward Józefowicz: Chemia nieorganiczna. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1962 Warszawa, s. 470.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]