| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Struktura 2D ditlenku krzemu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wzór sumaryczny |
SiO2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Masa molowa |
60,08 g/mol |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wygląd |
bezbarwne kryształy |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Minerały |
kwarc, trydymit, krystobalit, coesyt, stiszowit, lechatelieryt |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikacja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PubChem | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DrugBank | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ditlenek krzemu, krzemionka (nazwa Stocka: tlenek krzemu(IV)), SiO2 – 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.
Struktura
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 może zawierać atomy wodoru, metali alkalicznych lub grupy hydroksylowe.
Odmiany SiO2
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 i stiszowit. W specyficznych warunkach powstaje lechatelieryt.
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 i pięknie wykształcone, np. kryształ górski. Mogą być także zabarwione na kolor fioletowy (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
Niektóre postacie krzemionki (także uwodnionej, jako opal) powstają w organizmach żywych. Krzemionka jest składnikiem skorupek okrzemek, których złoża tworzą diatomit zawierający 80–95% krzemionki. Rośliny wytwarzają drobne krzemionkowe twory zwane fitolitami.
Minerały SiO2
Czysta krzemionka ma kilka odmian krystalicznych. Pod normalnym ciśnieniem są one trwałe w temperaturach:
- 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
Szybkie schładzanie ciekłej krzemionki prowadzi do otrzymania krzemionki bezpostaciowej, która składa się z kombinacji domen fazy amorficznej 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.
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
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 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.
Kwarc oraz szkło kwarcowe są ważnymi materiałami stosowanymi w optyce, spektroskopii i elektronice.