Диоксид кремния в природе

Диоксид кремния в природе

Диоксид кремния (silica, Silicon dioxide, кремнезем) — вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладающих высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью. Диоксид кремния устойчив к воздействию кислот и не взаимодействует с водой. При повышении температуры реакции вещество взаимодействует со щелочами, растворяется в плавиковой кислоте, является прекрасным диэлектриком.

В природе диоксид кремния распространен довольно широко: кристаллический оксид кремния представлен такими минералами как яшма, агат (мелкокристаллические соединения двуокиси кремния), горный хрусталь (крупные кристаллы вещества), кварц (свободная двуокись кремния), халцедон, аметист, морион, топаз (окрашенные кристаллы диоксида кремния).

В обычных условиях (при естественной температуре окружающей среды и давлении) существуют три кристаллических модификации диоксида кремния — тридимит, кварц и кристобалит. При повышении температуры диоксид кремния сначала превращается в коэсит, а затем — в стишовит (минерал, обнаруженный в 1962 году в метеоритном кратере). Согласно исследованиям, именно стишовит — производное вещество диоксида кремния — выстилает значительную часть мантии Земли.

Химическая формула вещества — SiO2

Получение диоксида кремния

Диоксид кремния промышленным способом получается на кварцевых заводах, производящих чистый кварцевый концентрат, который затем используется в химической и электронной промышленности, в производстве оптики, наполнителей для резиновых и лакокрасочных изделий, изготовлении ювелирных украшений и т.д. Природный диоксид кремния, иначе называемый кремнеземом, широко применяется в строительстве (бетон, песок, звуко- и теплоизолирующие материалы).

Получение диоксида кремния синтетическим способом осуществляется с помощью воздействия кислот на силикат натрия, в некоторых случаях — на иные растворимые силикаты или методом коагуляции коллоидного кремнезема под воздействием ионов. Кроме того, диоксид кремния получают путем окисления кремния кислородом при температуре около 500 градусов Цельсия.

Применение диоксида кремния

Кремнийсодержащие материалы нашли широкое применение как в области высоких технологий, так и в повседневной жизни. Диоксид кремния используется в производстве стекла, керамики, изделий из бетона, абразивных материалов, а также в радиотехнике, ультразвуковых установках, зажигалках и т.д. В сочетании с рядом ингредиентов диоксид кремния применяется в изготовлении волоконно-оптических кабелей.

Непористый аморфный диоксид кремния используется также в пищевой промышленности в качестве добавки, зарегистрированной под номером Е551, препятствующей комкованию и слеживанию основного продукта. Диоксид кремния пищевой используется в фармацевтической промышленности в качестве лекарственного препарата-энтеросорбента, в производстве зубных паст. Вещество встречается в составе чипсов, сухариков, кукурузных палочек, растворимого кофе и т.д.

Вред диоксида кремния

Официально подтверждено, что вещество диоксида кремния проходит через желудочно-кишечный тракт неизменным, после чего полностью выводится из организма. Согласно 15-летним исследованиям французских специалистов употребление питьевой воды с высоким содержанием пищевого диоксида кремния снижает риски развития болезни Альцгеймера на 10%.

Таким образом, информация о вреде диоксида кремния, являющегося химически инертным веществом, ложна: пищевая добавка Е551, употребляемая внутрь пероральным путем, полностью безопасна для здоровья.

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter.

Кроме людей, от простатита страдает всего одно живое существо на планете Земля – собаки. Вот уж действительно наши самые верные друзья.

Кровь человека «бегает» по сосудам под огромным давлением и при нарушении их целостности способна выстрелить на расстояние до 10 метров.

Препарат от кашля «Терпинкод» является одним из лидеров продаж, совсем не из-за своих лечебных свойств.

74-летний житель Австралии Джеймс Харрисон становился донором крови около 1000 раз. У него редкая группа крови, антитела которой помогают выжить новорожденным с тяжелой формой анемии. Таким образом, австралиец спас около двух миллионов детей.

Ученые из Оксфордского университета провели ряд исследований, в ходе которых пришли к выводу, что вегетарианство может быть вредно для человеческого мозга, так как приводит к снижению его массы. Поэтому ученые рекомендуют не исключать полностью из своего рациона рыбу и мясо.

Американские ученые провели опыты на мышах и пришли к выводу, что арбузный сок предотвращает развитие атеросклероза сосудов. Одна группа мышей пила обычную воду, а вторая – арбузный сок. В результате сосуды второй группы были свободны от холестериновых бляшек.

Печень – это самый тяжелый орган в нашем теле. Ее средний вес составляет 1,5 кг.

По статистике, по понедельникам риск получения травм спины увеличивается на 25%, а риск сердечного приступа – на 33%. Будьте осторожны.

В Великобритании есть закон, согласно которому хирург может отказаться делать пациенту операцию, если он курит или имеет избыточный вес. Человек должен отказаться от вредных привычек, и тогда, возможно, ему не потребуется оперативное вмешательство.

Многие наркотики изначально продвигались на рынке, как лекарства. Героин, например, изначально был выведен на рынок как лекарство от детского кашля. А кокаин рекомендовался врачами в качестве анестезии и как средство повышающее выносливость.

Каждый человек имеет не только уникальные отпечатки пальцев, но и языка.

Общеизвестный препарат «Виагра» изначально разрабатывался для лечения артериальной гипертонии.

Образованный человек меньше подвержен заболеваниям мозга. Интеллектуальная активность способствует образованию дополнительной ткани, компенсирующей заболевшую.

Раньше считалось, что зевота обогащает организм кислородом. Однако это мнение было опровергнуто. Ученые доказали, что зевая, человек охлаждает мозг и улучшает его работоспособность.

Читайте также:  Боль в ухе при чистке

В стремлении вытащить больного, доктора часто перегибают палку. Так, например, некий Чарльз Йенсен в период с 1954 по 1994 гг. пережил более 900 операций по удалению новообразований.

У женщин в возрасте между сорока и шестьюдесятью годами часто возникает специфическое недомогание, вызванное климаксом, или менопаузой. В статье сделан обзор пр.

Аморфный (некристаллический) диоксид кремния с высокой удельной поверхностью в природе в чистом виде почти не встречается. Его можно получить только технологическим способом. Выпускаемый нами высокочистый синтетический кремнезем (аморфный диоксид кремния) под торговой маркой КОВЕЛОС представляет собой очень легкий микронизированный (размер частиц в зависимости от марки от 6 до 40 микрон) порошок белого цвета без вкуса и запаха с нанопористой структурой частиц, с выраженными сорбционными свойствами. Его удельная площадь поверхности составляет 350-400 кв.м. на 1 грамм. Маслоемкость — 300-340 г/100 г.

Среди твёрдых тел аморфный диоксид кремния отличается самыми низкими теплопроводностью (0,02 Вт/(м • К)), скоростью распространения звука (100 м/с) и диэлектрической проницаемостью. Аморфный кремнезем нагреванием (при температуре свыше 1000 градусов по С) переходит в кристаллическую форму.

Синтетический кремнезем (аморфный диоксид кремния) является незаменимым во многих отраслях современной мировой экономики благодаря тому, что

  • нейтрален и химически стоек почти ко всем существующим на нашей планете минеральным и органическим веществам. То есть он безвреден для живых организмов, не токсичен, пожаро- и взрывобезопасен во внешней среде.
  • имеет высокую площадь удельной поверхности, из-за того, что частица аморфного диоксида кремния содержит огромное количество наноразмерных пор. Эта сложнопространственная нанопоровая структура (высокоразвитая поверхность) частицы обуславливает прекрасные сорбционные свойства синтетического кремнезема. Он может избирательно поглощать из окружающей среды или связывать газы, пары и растворённые вещества. Интересно, что при синтезе аморфного диоксида кремния можно заранее задавать параметры поверхности (модифицировать поверхность), и тем самым получать продукт с избирательной сорбцией.

Таким образом, химическая нейтральность и огромная площадь удельной поверхности (высокоразвитая поверхность) аморфного (некристаллического) диоксида кремния способны придавать новые характеристики различным составам, материалам, продуктам, не меняя их химических свойств. В частности, высокочистый тонкодисперсный синтетический кремнезем с развитой поверхностью может:

  • загущать (повышать вязкость) текучие составы вплоть до сыпучего состояния (в зависимости от требуемой степени загущения в состав вводится от 1,5% до 33% синтетического кремнезема). Данное свойство используется при производстве краскок, лаков, клеев, герметиков, паст, мазей, смазок и т.д.;
  • увеличивать сыпучесть измельченных и/или порошкообразных твердых тел (специи, чипсы, сухарики, хлебцы, сухое молоко, сухие строительные смеси, комбикорма, стиральные порошки, тонеры, лекарственные средства и т.д.) и предохранять их от комкования,тем самым повышая срок их хранения.
  • повышать прочностные характеристикии износостойкость материалов (пластики, смолы, резины, каучуки, бетон, асфальт и пр.)
  • улучшать термодинамическиехарактеристики (термостойкость, теплопроводность) материалов;
  • улучшать трибологическиехарактеристики (повышает устойчивость к истиранию);

    ​​использоваться в качестве добавки в масла и смазки для любых узлов и механизмов, где есть металлические пары трения. В этом случае из аморфного диоксида кремния в процессе работы механизмов на поверхности трущихся пар образуются силикатные пленки, которые восстановливают геометрические размеры узлов и механизмов до их первоначального состояния, что в несколько раз снижает степень износа.

    быть носителем активных веществ в фармацевтических и косметических средствах;

    применяться в роли щадящего абразива в парфюмерии и косметике (пиллинг кожи, сорбирование грязи на коже), при производстве кремниевых полупроводниковых пластин и пр. (как полировальная суспензия);

    для выращивания кристаллов больших размеров, которые не могут быть выращены в воде. В этом случае для выращивания используется среда геля кремнезема. Структура геля диоксида кремния предотвращает конвекцию и позволяет равномерно протекать процессу диффузии компонентов;

    для приготовления синтетических глинистых материалов. Так, каолин в присутствии аморфного диоксида кремния образуется в гидротермальных условиях при 200–300 °С.

    связывать и выводить из организма животных и человека различные токсины, соли тяжелых металлов, радионуклеиды;

    использоваться в качестве сырья для производства специальных кварцевых стекол с прозрачностью более 99,5% для оптического излучения с длиной волны 248 нм и более 98% для оптического излучения с длиной волны 193 нм, для производства волоконных световодов;

  • использоваться в качестве сырья для изготовления высокочистых силикатов, применяемых для покрытия телевизионных и осветительных трубок;
  • в производстве микросхем и пр. электронных компонентов использоваться в качестве изолятора, наносимого путем напыления или в виде спец. пленки;
  • служить исходным материалом для получения кремния высокой чистоты, применяемого в производстве солнечных батарей и в синтезе кремнийорганических соединений;
  • применяться как теплоизолятор и шумопоглотитель в ракетных и реактивных двигателях. Это хороший теплоизолятор для различного рода проводящих систем с температурой нагрева до 1000 °С;
  • использоваться в огнетушащих порошках для тушения пожаров классов А (тлеющие материалы), В (легковоспламеняющиеся жидкости), С (горючие газы), а также электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В.

Так же использование аморфного диоксида кремния ускоряет производственный процесс (за счет упрощения технологических циклов, сокращения времени производственного цикла) и требует меньших энергозатрат. Например, для загущения жидких составов синтетическим кремнеземом достаточно комнатной температуры.

Читайте также:  Виды рвотных масс

Сфера применения высокочистого аморфного диоксида кремния в мировой экономике с каждым годом расширяется, растет его роль в развитии современных отраслей, в создании новых материалов.

Кремний

Положение в периодической системе химических элементов

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кремния

Электронная конфигурация кремния в основном состоянии :

+14Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

Электронная конфигурация кремния в возбужденном состоянии :

+14Si * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома кремния — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO2 образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см 3 . Полупроводник.

Качественные реакции

Качественная реакция на силикат-ионы SiO3 2- — взаимодействие солей-силикатов с сильными кислотами . Кремниевая кислота – слабая. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами.

Например , если к раствору силиката натрия прилить сильно разбавленный раствор соляной кислоты, то кремниевая кислота выделится не в виде осадка, а в виде геля. Раствор помутнеет и «застынет».

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2 NaCl

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

Соединения кремния

Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.

Наиболее типичные соединения кремния:

Способы получения кремния

В свободном состоянии кремний был получен Берцелиусом в 1822 г. Его латинское название «силиций» произошло от латинского слова « sile х», что означает «кремень». Аморфный кремний в лаборатории можно получить при прокаливании смеси металлического магния с диоксидом кремния. Для опыта диоксид кремния следует тщательно измельчить. При нагревании смеси начинается бурная реакция. Одним из продуктов этой реакции является аморфный кремний.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Однако в таком процессе процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl4 +2H2 → Si + 4HCl

или цинком :

SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2

3. Также чистый кремний получается при разложении силана :

Химические свойства

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1. Кремний проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому кремний реагирует и с металлами , и с неметаллами .

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом :

1.2. При сильном нагревании (около 2000 о С) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C + Si → SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si + 2S → SiS2

1.3. Кремний не взаимодействет с водородом .

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si → Ca2Si

Si + 2Mg → Mg2Si

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом :

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

2.2. Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот , но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты :

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот :

3Si + 4HNO3 + 12HF → 3SiF4 + 4NO + 8H2O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

Силициды – это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Химическая связь в силицидах металлов — ионная.

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Например , силицид магния разлагается водой на гидроксид магния и силан:

Читайте также:  Головка плода прижата

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si → Mg 2 Si

2MgO + SiO2 + 4C → Mg2Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH4, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO2 и H2O:

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

Силан разлагается (окисляется) щелочами :

Силан при нагревании разлагается :

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Рассмотрим карбид кремния – карборунд Si +4 C -4 . Это вещество с атомной кристаллической решеткой. Он имеет структуру, подобную структуре алмаза и характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи :

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl4.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем :

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом :

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) – 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:

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO2•mH2O. Образует колоидный раствор в воде.

Метакремниевая H2SiO3 существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например , при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Na 2 SiO 3 + 2 HCl H 2 SiO 3 + 2 NaCl

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами :

Например , кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидркосидом калия:

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду :

Силикаты

Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1 . Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО + SiO2 → CaSiO3

3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na2O·CaO·6SiO2.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2:

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Ссылка на основную публикацию
Димедрол международное непатентованное название
Торговое название препарата: Димедрол (Dimedrol) Международное непатентованное наименование: Дифенгидрамин Лекарственная форма: Таблетки. Раствор для внутримышечных и внутривенных инъекций (уколы). Действующее...
Диета при увеличении селезенки
Для нормализации функций лимфоидного органа, а также профилактики заболеваний, и во избежание возникновения рецидивов совместно с физиологами и диетологами была...
Диета с помощью активированного угля
Вопрос лишнего веса всегда актуален. Несмотря на то что уже существует достаточно много различных методик, специалисты разрабатывают все новые. Не...
Димедрол раствор рецепт
Лекарственная форма • Состав • Описание • Фармакотерапевтическая группа • Фармакологические свойства • Показания к применению • Способ применения и...
Adblock detector