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==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
	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, GeO; 2, 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 , karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 . (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ Silicon dioxide , karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 (ang.). (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ Mars Rover Spirit Unearths Surprise Evidence of Wetter Past , NASA (ang.).
↑ Lloyd E.L.E. Antonides Lloyd E.L.E., Diatomite, Minerals Yearbook – 1997 , U.S. Geological Survey (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, 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 , www.skamol.com (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 , karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, numer katalogowy: 637238 . (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

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

[4] Mars Rover Spirit Unearths Surprise Evidence of Wetter Past , NASA (ang.).

[Antonides-5] Lloyd E.L.E. Antonides Lloyd E.L.E., Diatomite, Minerals Yearbook – 1997 , U.S. Geological Survey (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, 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 , www.skamol.com (ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]