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二氧化硅

2021-07-16 12:27:26

资料专题:二氧化硅基本信息汇总表

二氧化硅化学式:SiO2)是一种酸性氧化物,对应水化物为硅酸(H2SiO3)。它自古便为人所知。 二氧化硅在自然界中最常见的是石英,以及在各种生物体中。在世界的许多地方,二氧化硅是砂的主要成分。二氧化硅是最复杂和最丰富的材料家族之一,既是多种矿物质,又是被合成生产的。 值得注意的实例包括熔融石英,水晶,热解法二氧化硅,硅胶和气凝胶。 应用范围从结构材料到微电子学到食品工业中使用的成分。

二氧化硅是硅最重要的化合物,约占地壳质量的12%。自然界中二氧化硅的存在形态有结晶形和无定形两大类,因此统称为硅石。

结构

SiO
2
晶体有多种晶型,其基本结构单元是四面体,每个Si周围结合4个O,Si在中心,O在四个顶角;最小环上有6个硅原子和六个氧原子。许多这样的四面体又通过顶角的O相连接,每个O为两个四面体所共有,即每个O与2个Si相结合。实际上,SiO
2
晶体是由Si和O按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体。因此,通常用SiO
2
来表示二氧化硅的组成。SiO
4
四面体不仅存在于SiO
2
晶体中,而且存在于所有硅酸盐矿石中,是构成多姿多彩的硅酸盐世界的基本骨架。

物理性质

具有硬度大、耐高温、耐震、电绝缘的性能。可以透过可见光,以及红、紫外线。

化学性质

二氧化硅是酸性氧化物,对应的最高价水化物为硅酸(H
2
SiO
3
)。 二氧化硅化学性质不活泼,不容易与水和大部分发生反应。通常只能与碱性氧化物反应生成盐。氢氟酸(HF)和浓热的磷酸H
3
PO
4
)是可以与之反应的酸。

其与氢氟酸反应生成氟化硅的化学方程式为:

SiO2+4HF→SiF4+2H2O{\displaystyle{\rm{SiO_{2}+4HF\to SiF_{4}+2H_{2}O}}}

通常只能与碱性氧化物反应生成盐。例如:

SiO2+CaO→CaSiO3{\displaystyle{\rm{SiO_{2}+CaO\to CaSiO_{3}}}}

与强碱反应生成盐。例如:

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O{\displaystyle{\rm{SiO_{2}+2NaOH\to Na_{2}SiO_{3}+H_{2}O}}}

空气中若存在一定浓度的二氧化硅粉粒时,会经人类呼吸进入肺部,引发呼吸器官的相关疾病,例如尘肺症。

用途

SiO
2
的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质,加上SiO
2
在自然界的广泛存在,从古到今都被人类广泛地应用着。 二氧化硅与其它化合物在高温下熔融,快速冷却可以制得玻璃。它也是沙子和石英的主要成分。在半导体和太阳能板等应用中,是目前主要的原料。

仅含二氧化硅单一成分的特种玻璃叫做石英玻璃。二氧化硅与石墨或活泼金属混合可以发生氧化还原反应制得硅单质。

SiO2+2C→Si+2CO{\displaystyle{\rm{SiO_{2}+2C\to Si+2CO}}}3SiO2+4Al→3Si+2Al2O3{\displaystyle{\rm{3SiO_{2}+4Al\to 3Si+2Al_{2}O_{3}}}}

SiO
2
于食品工业用作抗结剂英语anti-caking agent,属食品添加剂之列。胶态,沉淀或热解法气相二氧化硅是食品生产中的常见添加剂。 它主要用作粉状食品(例如香料和非乳制咖啡奶精)中的流动剂或防结块剂,或制成片剂的粉剂。它可以在吸湿性应用中吸收水。 胶态二氧化硅用作葡萄酒,啤酒和果汁的澄清剂,E编号为E551。

在化妆品中,二氧化硅因其光扩散特性和自然吸收性而有用。

硅藻土(一种开采的产品)二氧化硅在食品和化妆品中使用了几个世纪。 它由微观硅藻的硅石壳组成。 它以较少加工的形式作为“牙粉”出售。制造或开采的水合二氧化硅用作牙膏中的硬质磨料。

健康影响

经口摄取的二氧化硅基本上是无毒的,LD50为5000mg / kg,因此完全可以用于食品。然而,吸入细分散的结晶二氧化硅粉尘可能导致矽肺病,支气管炎或癌症,因为灰尘停留在肺中并持续刺激组织,从而降低肺容量。研究显示,暴露于结晶二氧化硅的工人比一般人群的狼疮和其他自体免疫性疾病的预期高出10倍。在2013年发布新规范之前,职业安全与健康管理局英语Occupational Safety and Health Administration(OSHA)允许每立方米空气含100μg二氧化硅,而新规定将含量减少至50μg/m。建筑业的暴露限值也设定为从250µg/m下降至50µg/m。

结晶形式

资料专题:二氧化硅结晶形式

参阅

参考文献

资料专题:二氧化硅参考文献