krzemionka

Dwutlenek krzemu (często także:dwutlenek krzemu ) to zbiorcze określenie związków chemicznych o wzorze cząsteczkowym SiO₂ . W języku niemieckim termin kwas krzemowy jest również błędnie używany w odniesieniu do dwutlenku krzemu, chociaż dwutlenek krzemu jest tylko bezwodnikiem kwasu ortokrzemowego Si(OH)₄ lub H₄ SiO₄ powstaje z dwutlenku krzemu przez dodanie dwóch cząsteczek wody.

Dwutlenek krzemu jest głównym składnikiem wszystkich rodzajów szkła.

Mineralogia i występowanie

Niekrystaliczny (amorficzny) SiO₂ występuje naturalnie w dużej mierze w czystej postaci - także w szkłach wulkanicznych i tektytach - które są bardzo niejednorodne i niejednorodne w swoim składzie:

• biogeniczne:szkielety radiolarian, okrzemek i gąbek wykonane z opalu, zestalonego diagenetycznie w skałę, np. w łupek
• Gejzeryt:amorficzne spiekane produkty z gorących źródeł
• Tachylite:szkło wulkaniczne o składzie bazaltowym, które oprócz SiO₂ większe zawartości FeO, MgO, CaO i Al₂ O₃ zawiera
• Obsydian:szkło wulkaniczne o składzie granitu
• Tektyt:szkła skalne powstałe w wyniku topienia skał w wyniku uderzeń meteorytów
• Lechatelierite:czysty naturalny SiO₂ -Szkło jak np. B. występuje w tektytach lub występuje w piasku kwarcowym podczas uderzenia pioruna (fulguryt)
• Opal
• SiO₂ -topienie:w temperaturach powyżej 1727 °C (przy 1 bar)

W przeciwieństwie do amorficznego SiO₂ formy krystaliczne mają bardzo niską tolerancję na zanieczyszczenia. Różnią się tylko strukturą.

• Moganit (chalcedon):
• Kwarc α (kwarc głęboki):warunki powstawania:temperatura T <573 °C, ciśnienie p <20 kbar
• β-kwarc (wysoki kwarc):573 °C
• Trydymit:867 °C <1470 °C, p <5 kbar
• krystobalit:1470 °C <1727 °C
• Coesite:20 kbar
• Stiszowit:75 kbar

Dwutlenek krzemu wchodzi w skład krzemianów, takich jak m.in. B. skaleń, minerały ilaste lub w postaci wolnej jako kwarc, główny składnik skorupy ziemskiej, a tym samym również najpowszechniejszy związek krzemu.

Właściwości chemiczne

Woda i kwasy są zdolne do SiO₂ praktycznie nierozpuszczalny, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego (HF), z którego powstaje z utworzeniem gazowego tetrafluorku krzemu (SiF₄ ) jest atakowany. Alkalia topią się i - w mniejszym stopniu - również wodne roztwory metali alkalicznych rozpuszczają szczególnie amorficzny dwutlenek krzemu.

Produkcja inżynieryjna

Syntetyczny SiO₂ , który jest w większości amorficzny, jest wytwarzany w dużych ilościach w różnych procesach przemysłowych.

Produkcja na dużą skalę syntetycznego SiO₂ odbywa się głównie poprzez procesy wytrącania ze szkła wodnego, które można otrzymać poprzez trawienie piasku kwarcowego węglanem sodu lub węglanem potasu. SiO₂ wyprodukowane w ten sposób nazywane są krzemionkami strącanymi lub żelami krzemionkowymi, w zależności od warunków procesu. Innym ważnym wariantem produkcyjnym jest produkcja tzw. pirogennego SiO₂ w płomieniu tlenowo-wodorowym, zaczynając od ciekłych chlorosilanów, takich jak tetrachlorek krzemu (SiCl₄ ). Ważnymi producentami syntetycznej krzemionki są Degussa, Wacker-Chemie, Rhodia, Grace i inni.

Zastosowanie techniczne

Syntetyczny SiO₂ odgrywa ważną rolę w życiu codziennym, zwykle niezauważalną. Jest tak samo ważny w farbach i lakierach, tworzywach sztucznych i klejach, jak w nowoczesnych procesach produkcyjnych w technologii półprzewodnikowej czy jako pigment w powłokach papieru do drukarek atramentowych. Jako substancja nietoksyczna występuje w wyrobach farmaceutycznych, a także w produktach kosmetycznych, jest stosowana w procesach spożywczych (np. klarowanie piwa) oraz jako środek pomocniczy w czyszczeniu past do zębów. Pod względem objętości, główne zastosowania obejmują zastosowanie jako wypełniacz do tworzyw sztucznych i mas uszczelniających, zwłaszcza w artykułach gumowych. Nowoczesne opony samochodowe korzystają ze wzmocnienia specjalnym SiO₂ system, oszczędzając około 5% paliwa w porównaniu z tradycyjnymi mieszankami gumowymi wypełnionymi tylko sadzą, jednocześnie poprawiając poziom bezpieczeństwa.

Pod względem objętości oczywiście największe znaczenie ma dwutlenek krzemu w postaci szkła. Najczęściej miesza się go z takimi substancjami jak tlenek glinu, tlenek boru, tlenek wapnia i tlenek sodu w celu obniżenia temperatury topnienia, ułatwienia przetwarzania lub poprawy właściwości produktu końcowego. Czysty dwutlenek krzemu to szkło kwarcowe, które jest trudne do stopienia, ale które jest szczególnie wytrzymałe.

Szkło kwarcowe jest stosowane w optyce w postaci soczewek, pryzmatów itp. W technologii mikrosystemowej lub nanotechnologii jest również często wykorzystywany jako nośnik maski, jako tlenek bramki w tranzystorach MOSFET oraz jako warstwa izolacyjna w układach scalonych (IC). Szkło kwarcowe jest stosowane jako szkło instrumentalne w laboratoriach chemicznych wszędzie tam, gdzie wymagana jest szczególnie wysoka odporność na zmiany temperatury, odporność chemiczna lub przepuszczalność UV. W laboratorium zwykle stosuje się szkło borokrzemowe, które jest również stosunkowo trwałe.

Staje się również SiO₂ coraz częściej stosowane w przemyśle spożywczym. Tak znajdziesz m.in. B. w przyprawach i mieszankach przyprawowych (najczęściej paprykowych).

Innym możliwym zastosowaniem dwutlenku krzemu jest pirotechnika, gdzie używa się go m.in. B. do produkcji żeli ogniowych. Lub jako środek do zwalczania wołka zbożowego (który drąży ziarno, wytwarza ciepło, a tym samym sprzyja inwazji pleśni (itp.)).

• Kwarc