kiseldioxid

Kiseldioxid (ofta även:kiseldioxid ) är samlingsbeteckningen för kemiska föreningar med molekylformeln SiO₂ . På tyska används termen kiselsyra också felaktigt för kiseldioxid, även om kiseldioxid endast är anhydriden av orto-kiselsyra Si(OH)₄ eller H₄ SiO₄ bildas av kiseldioxid genom tillsats av två molekyler vatten.

Kiseldioxid är huvudkomponenten i alla typer av glas.

Mineralogi och förekomst

Icke-kristallint (amorft) SiO₂ förekommer naturligt i i stort sett ren form - även i vulkaniska glas och tektiter - som är mycket inhomogena och ojämna i sin sammansättning:

• biogena:skelett av radiolarier, kiselalger och svampar gjorda av opal, diagenetiskt stelnade till sten, till exempel till skiffer
• Geyserit:amorfa sintrade produkter från varma källor
• Tachylite:vulkaniskt glas av basaltisk sammansättning, som förutom SiO₂ större halter av FeO, MgO, CaO och Al₂ O₃ innehåller
• Obsidian:vulkaniskt glas med granitisk sammansättning
• Tektite:Stenglas som bildas av smältande stenar som ett resultat av meteoritnedslag
• Lechatelierite:ren naturlig SiO₂ -Glas som t.ex. B. förekommer i tektiter eller förekommer i kvartssand när blixten slår ned (fulgurit)
• Opal
• SiO₂ -Smält:vid temperaturer över 1727 °C (vid 1 bar)

I motsats till den amorfa SiO₂ de kristallina formerna har endast en mycket låg tolerans mot föroreningar. De skiljer sig endast i sin struktur.

• Moganit (kalcedon):
• α-kvarts (djup kvarts):bildningsförhållanden:temperatur T <573 °C, tryck p <20 kbar
• β-kvarts (hög kvarts):573 °C
• Tridymit:867 °C <1470 °C, p <5 kbar
• Cristobalite:1470 °C <1727 °C
• Coesite:20 kbar
• Stishovite:75 kbar

Kiseldioxid bildas som en del av silikater som t.ex. B. fältspat, lermineral eller i fri form som kvarts huvudkomponenten i jordskorpan och därmed också den vanligaste kiselföreningen.

Kemiska egenskaper

Vatten och syror är kapabla till SiO₂ praktiskt taget olöslig, förutom fluorvätesyra (HF), av vilken den bildas under bildning av gasformig kiseltetrafluorid (SiF₄ ) attackeras. Alkali smälter och - i mindre utsträckning - även vattenhaltiga alkalilösningar löser särskilt amorf kiseldioxid.

Teknisk tillverkning

Syntetisk SiO₂ , som mestadels är amorft, produceras i stora mängder i olika industriella processer.

Den storskaliga produktionen av syntetisk SiO₂ sker huvudsakligen via utfällningsprocesser med utgångspunkt från vattenglas, som kan erhållas genom att man smälter kvartssand med natriumkarbonat eller kaliumkarbonat. SiO₂ produceras på detta sätt kallas utfällda kiseldioxider eller kiselgeler, beroende på processbetingelserna. En annan viktig tillverkningsvariant är tillverkningen av så kallad pyrogen SiO₂ i en syreväteflamma, med utgångspunkt från flytande klorsilaner som kiseltetraklorid (SiCl₄ ). Viktiga tillverkare av syntetisk kiseldioxid är Degussa, Wacker-Chemie, Rhodia, Grace och andra.

Teknisk tillämpning

Syntetisk SiO₂ spelar en stor roll i vardagen, oftast obemärkt. Det är lika viktigt i färger och lacker, plaster och lim som i moderna tillverkningsprocesser inom halvledarteknik eller som pigment i bläckstrålepappersbeläggningar. Som ett giftfritt ämne finns det i såväl farmaceutiska artiklar som i kosmetiska produkter, används i livsmedelsprocesser (t.ex. ölklarning) och som rengöringshjälpmedel i tandkräm. Volymmässigt är de huvudsakliga applikationerna användning som fyllmedel för plaster och tätningsmassa, speciellt i gummiartiklar. Moderna bildäck drar nytta av förstärkning med en speciell SiO₂ system, vilket sparar cirka 5 % bränsle jämfört med traditionella gummiblandningar endast fyllda med sot, samtidigt som säkerhetsprestandan förbättras.

Volymmässigt är förstås kiseldioxid av störst betydelse i form av glas. Det blandas oftast med ämnen som aluminiumoxid, boroxid, kalciumoxid och natriumoxid för att sänka smälttemperaturen, underlätta bearbetningen eller förbättra slutproduktens egenskaper. Ren kiseldioxid är kvartsglas som är svårt att smälta, men som är särskilt robust.

Kvartsglas används i optik i form av linser, prismor m.m. Inom mikrosystemteknik eller nanoteknik används den också ofta som maskbärare, som grindoxid i MOSFET:er och som ett isolerande skikt i IC:er (integrerade kretsar). Kvartsglas används som instrumentglas i kemiska laboratorier när det krävs särskilt hög beständighet mot temperaturförändringar, kemikaliebeständighet eller UV-permeabilitet. Borosilikatglas, som också är relativt hållbart, används vanligtvis i laboratoriet.

Blir också SiO₂ används alltmer inom livsmedelsindustrin. Så här hittar du det t.ex. B. i kryddor och kryddblandningar (oftast paprikablandningar).

En annan möjlig användning för kiseldioxid är inom pyroteknik, där den används för att t.ex. B. att producera eldgeler. Eller som ett medel för att bekämpa kornviveln (som urholkar säden, alstrar värme och därmed främjar mögelangrepp (etc.)).

• Kvarts