Оксид кремния (IV): свойства, получение и применение
В вашей квартире ремонт, и необходимо купить керамическую плитку. В магазине, долго перебирая различные варианты форм и расцветок, вы нашли подходящую и, направляясь к кассе, мельком взглянули на ту часть упаковки с плиткой, где написан ее состав. Почти все ингредиенты знакомы, но один из них вызвал у вас удивление — оксид кремния. Естественно, вы захотите узнать о нем побольше. Сегодня я постараюсь удовлетворить ваш интерес.
Кремний имеет переменную валентность, и из-за этого в химии известно два его соединения с кислородом. Сегодня мы рассмотрим высший оксид кремния, в котором последний имеет валентность IV.
В разных источниках его могут обозвать диоксидом кремния, кремнезёмом или оксидом силиция.
Он является кислотным оксидом, которому присущи твердость и прочность. Если нагреть его и любую щелочь/основный оксид, то они будут взаимодействовать друг с другом. Это соединение кремния — стеклообразующее, т. е. из него может получиться переохлажденный расплав — стекло.
Также (в чистом виде) он не пропускает электрический ток (является диэлектриком). У оксида кремния атомная кристаллическая решетка. Он является стойким к воздействию кислот, однако исключение составляют плавиковая и газообразный фтороводород. Продукты реакции с последним — фторид кремния и вода. Если же второй реагент — раствор фтороводорода, то ее продуктами будут гексафторкремниевая кислота и та же вода. Если оксид кремния (IV) сплавить с щелочью/основным оксидом/карбонатом любого активного металла, продуктом реакции станет соль кремниевых кислот — силикат, из них растворимы только силикаты калия и натрия. Продукты взаимодействия любого из последних с водой носят название жидкого стекла. У них сильно щелочная среда, причина этому — гидролиз. Гидролизованные силикаты образуют не истинные, а коллоидные растворы. Если растворы силикатов калия или натрия немного окислить, произойдет выпадение студенистого белого осадка, который составляют гидратированные кремниевые кислоты.
В промышленности оксид кремния получают, нагревая кремний в кислородной среде. Он окисляется и образует искомый продукт. Также его добывают при помощи термического оксидирования. В лаборатории оксид кремния получают при действии любых кислот на растворимый силикат, для этого подходит даже слабая уксусная. К примеру, если соединить ее и силикат натрия, продуктом реакции станет ацетат натрия и кремниевая кислота. Тут же произойдет разложение последней, и продуктами ее распада станут вода и искомый оксид.
С помощью оксида кремния производят стекло, керамику, абразивы, бетонные изделия, а также получают сам кремний. Еще он выполняет роль наполнителя в отрасли производства резины. Кристаллы аморфной модификации оксида кремния — кварцевого стекла — имеют пьезоэлектрические свойства, и этим пользуются создатели радиотехники, ультразвуковых установок и зажигалок. Силикаты и кремнезёмы — почти 90% массы литосферы. Также оксид кремния известен как пищевая добавка E551. Это его аморфная непористая разновидность. Она предотвращает слеживание и комкование пищи, в фармацевтике используется как вспомогательное вещество и лекарственный препарат-энтеросорбент. Пленки данного оксида служат изолятором, когда производят микросхемы и другие электронные компоненты. Также с их помощью создают волоконно-оптические кабели. А нагревательные элементы электронной сигареты были бы невозможны без кремнезёмной нити.
Вот как широко используется данный оксид. И чтобы увидеть его, не нужно бежать в магазин и любопытства ради рассматривать цемент и бетон. Природный оксид кремния находится у нас под ногами — это обыкновенный песок. Оказывается, и он может быть полезным.
Источник
Оксид кремния (IV)
Оксид кремния (IV) SiO2 – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:
Химические свойства
Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид . За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.
1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами . При этом образуются силикаты.
Например , диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:
Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.
SiO2 + CaO → CaSiO3
2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой , т.к. кремниевая кислота нерастворима .
3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов . При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.
Например , оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:
4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:
5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.
Например , оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:
SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO
Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.
При избытке восстановителя образуются силициды:
SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO
6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.
Например , оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:
Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:
SiO2 + 3С → SiС + 2СО
При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:
Источник
ОКСИД КРЕМНИЯ (SIO2): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, ПОЛУЧЕНИЕ — ФИЗИЧЕСКИЙ — 2023
Оксид кремния представляет собой неорганическое твердое вещество путем связывания с атомом кремния и два кислорода. Его химическая формула — SiO 2 . Это природное соединение также называют кремнеземом или диоксидом кремния.
SiO 2 — это самый распространенный минерал в земной коре, поскольку песок состоит из кремнезема. В зависимости от структуры кремнезем может быть кристаллическим или аморфным. Он не растворяется в воде, но растворяется в щелочах и фтористоводородной кислоте HF.
Песок является источником диоксида кремния SiO 2 . ರವಿಮುಂ. Источник: Wikimedia Commons.
SiO 2 также присутствует в структуре некоторых растений, бактерий и грибов. Также в скелетах морских организмов. Помимо песка, существуют и другие виды камней, которые сделаны из кремнезема.
Кремнезем широко используется, выполняя множество функций. Наиболее широко используется в качестве фильтрующего материала для жидкостей, таких как масла и нефтепродукты, таких напитков, как пиво и вино, а также фруктовых соков.
Но у него много других применений. Одним из наиболее полезных и важных является производство биоактивных очков, которые позволяют создавать «каркасы», на которых растут костные клетки, чтобы производить костные фрагменты, отсутствующие в результате несчастного случая или болезни.
Структура
Диоксид кремния SiO 2 представляет собой трехатомную молекулу, в которой атом кремния связан с двумя ковалентно связанными атомами кислорода.
Химическая структура молекулы SiO 2 . Грассо Луиджи. Источник: Wikimedia Commons.
Структурной единицей твердого кремнезема как такового является тетраэдр, в котором один атом кремния окружен 4 атомами кислорода.
Структурная единица твердого кремнезема: серый = кремний, красный = кислород. Benjah-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.
Тетраэдры соединяются вместе, разделяя атомы кислорода из смежных вершин.
Вот почему атом кремния разделяет каждый из 4 атомов кислорода пополам, и это объясняет взаимосвязь в соединении 1 атома кремния с 2 атомами кислорода (SiO 2 ).
Тетраэдры разделяют атомы кислорода в SiO 2 . Benjah-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.
Соединения SiO 2 делятся на две группы: кристаллический диоксид кремния и аморфный диоксид кремния.
Кристаллические соединения кремнезема имеют повторяющуюся структуру кремния и кислорода.
Кристаллический кремнезем имеет повторяющиеся звенья. Wersję rastrową wykonał uytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Источник: Wikimedia Commons.
Весь кристалл кремнезема можно рассматривать как гигантскую молекулу с очень прочной кристаллической решеткой. Тетраэдры могут быть связаны различными способами, давая начало различным кристаллическим формам.
В аморфном диоксиде кремния структуры связаны случайным образом, без определенного регулярного рисунка между молекулами, и они находятся в различных пространственных отношениях друг с другом.
В аморфном диоксиде кремния связи не являются повторяющимися или однородными. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Пользователь: Jdrewittпроизводная работа: Matt. Источник: Wikimedia Commons.
Источник