Ditlenek krzemu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Przekierowanie 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
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)

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 – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  3. 3,0 3,1 3,2 Ditlenek krzemu (pol.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Polski. [dostęp 2012-07-13].
  4. Ditlenek krzemu (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [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 9780444502629.
  7. 7,0 7,1 Edward Józefowicz: Chemia nieorganiczna. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1962 Warszawa, s. 470.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]