Silicijum je otkrio i nabavio švedski hemičar Jens Jacob Berzelius 1823.
Drugi najzastupljeniji element u zemljinoj kori nakon kiseonika (27,6% mase). Nalazi se u jedinjenjima.
|
Struktura atoma silicijuma u osnovnom stanju 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 |
Struktura atoma silicijuma u pobuđenom stanju 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 Stanja oksidacije: +4, -4. |
Alotropija silicijuma
Poznati su amorfni i kristalni silicijum.
Polikristalni silicijum
Crystal – tamno siva supstanca metalnog sjaja, visoke tvrdoće, lomljiva, poluprovodna; ρ = 2,33 g/cm 3, t°pl. =1415°C; t°boil. = 2680°C.
Ima strukturu nalik dijamantu i formira jake kovalentne veze. Inertan.
Amorfna - smeđi prah, higroskopan, dijamantske strukture, ρ = 2 g/cm 3, reaktivniji.
Dobivanje silicijuma
1) Industrija – grijanje na ugalj pijeskom:
2C + SiO 2 t ˚ → Si + 2CO
2) Laboratorija – grijanje pijeska sa magnezijumom:
2Mg + SiO 2 t ˚ → Si + 2MgO Eksperiment
Hemijska svojstva
Tipičan nemetalni, inertan.
Kao redukciono sredstvo:
1) Sa kiseonikom
Si 0 + O 2 t ˚ → Si +4 O 2
2) Sa fluorom (bez grijanja)
Si 0 + 2F 2 →SiF 4
3) Sa ugljenikom
Si 0 + C t ˚ → Si +4 C
(SiC - karborund - tvrd; koristi se za špricanje i brušenje)
4) Ne reaguje sa vodonikom.
Silan (SiH 4) se dobija razgradnjom metalnih silicida kiselinom:
Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → SiH 4 + 2MgSO 4
5) Ne reaguje sa kiselinama (Tsamo sa fluorovodoničnom kiselinom Si+4 HF= SiF 4 +2 H 2 )
Rastvara se samo u mješavini dušične i fluorovodonične kiseline:
3Si + 4HNO3 + 18HF →3H2 + 4NO + 8H2O
6) Sa alkalijama (kada se zagrevaju):
Kao oksidaciono sredstvo:
7) Sa metalima (nastaju silicidi):
Si 0 + 2Mg t ˚ →Mg 2 Si -4
Silicijum se široko koristi u elektronici kao poluprovodnik. Dodaci silicijuma u legurama povećavaju njihovu otpornost na koroziju. Silikati, aluminosilikati i silicijum dioksid su glavne sirovine za proizvodnju stakla i keramike, kao i za građevinsku industriju.Silicijum u tehnologiji
Primjena silicijuma i njegovih spojeva
Silane - SiH 4
Fizička svojstva: Bezbojni gas, otrovan, mp. = -185°C, t°vri. = -112°C.
Priprema silicijumske kiseline
Utjecaj jakih kiselina na silikate - Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ↓
Hemijska svojstva:
Kada se zagrije, razlaže se: H 2 SiO 3 t ˚ → H 2 O + SiO 2
Soli silicijumske kiseline - silikati.
1) sa kiselinama
Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3
2) sa solima
Na 2 SiO 3 +CaCl 2 =2NaCl+CaSiO 3 ↓
3) Silikati koji čine minerale uništavaju se u prirodnim uslovima pod uticajem vode i ugljen monoksida (IV) - trošenje stena:
(K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2)(feldspat) + CO 2 + 2H 2 O → (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)(kaolinit (glina)) + 4SiO 2 (silicijum dioksid (pesak)) + K2CO3
Primena silicijumskih jedinjenja
Prirodna silicijumska jedinjenja - pesak (SiO 2) i silikati se koriste za proizvodnju keramike, stakla i cementa.
|
Keramika |
|
|
Porcelan= kaolin + glina + kvarc + feldspat. Rodno mjesto porculana je Kina, gdje je porcelan bio poznat već 220. godine. Godine 1746. u Rusiji je osnovana proizvodnja porculana.
|
fajansa - od imena italijanskog grada Faenza. Gdje se razvila keramička zanatlija u 14. i 15. vijeku. Zemljano posuđe se od porculana razlikuje po većem sadržaju gline (85%) i nižoj temperaturi pečenja. |
TEMA: Silicijum oksid (VI). Silicijumska kiselina.
TARGET: Učenici treba da nauče svojstva silicijum(VI) oksida i
silicijsku kiselinu po analogiji s ugljikom i njegovim spojevima,
pobrinite se da su njihova svojstva posljedica strukture tvari;
OPREMA: Na2SiO3, HCl, zbirka “Minerali i stijene”, PSHE.
TOKOM NASTAVE.
I . O organizacioni trenutak.
II .Provjera domaćeg.
Momci! U prošloj lekciji proučavali smo silicijum, dali mu karakteristike kao hemijski element i jednostavnu supstancu. Sjećate se gdje se silicijum nalazi u prirodi? Silicijum je jedan od najčešćih elemenata u zemljinoj kori, na drugom je mestu posle kiseonika (26-27%). Silicijum je glavni element u kraljevstvu stena. Silicijum SiO2 – glavni deo peska, Al2O3 2SiO2 2H2O – kaolinit, glavni deo gline,
K2O Al2O3 6SiO2 – feldspat (ortoklaz). U većini organizama sadržaj silicija je nizak. Međutim, neke morske alge akumuliraju velike količine silicija - to su dijatomeje među životinjama, silikonske spužve sadrže puno silicija.
Momci! Koja su fizička svojstva silicijuma?
Poznati su amorfni i kristalni silicijum. Kristalni silicijum ima metalni sjaj, vatrostalan je, vrlo tvrd, ima atomsku kristalnu rešetku i ima zanemarljivu električnu provodljivost. (na sobnoj temperaturi 1000 puta< чем у ртути). Температура плавления 14200С, температура кипения 26200С.
Navedite područja primjene silicija (Većina Si se koristi u proizvodnji silicijumskih čelika, koji imaju visoku toplinsku otpornost i otpornost na kiseline. Silicijumski kristali su poluvodiči, stoga se koriste kao ispravljači i pojačivači struje, u fotoćelijama.)
Sada reproducirajte na listovima papira hemijska svojstva silicijuma i njegovu proizvodnju u laboratoriji i industriji.
III . Učenje novog gradiva.
1.Struktura kristalne rešetke SiO2.
2.Biti u prirodi.
3.Fizička svojstva.
4. Hemijska svojstva.
5.Primjena.
6. Silicijum kiselina.
1).Struktura kristalne rešetkeSiO2 .
SiO2 je analog ugljika. Njihovi viši oksidi su CO2 i SiO2. CO2 je gas, tačka topljenja je 56,60C, molekularna kristalna rešetka, sastoji se od pojedinačnih molekula međusobno nepovezanih, a SiO2 je čvrsta supstanca, ima visoku tačku topljenja = 17280C, atomsku kristalnu rešetku u kojoj je svaki atom silicijuma povezan sa četiri atoma kiseonika.
Dakle, silicijum oksid ima jednu divovsku molekulu (SiO2)n, ali radi lakšeg označavanja pišemo SiO2.
2) Biti u prirodi.
Stabilno jedinjenje silicijuma je silicijum(VI) oksid, koji se naziva silicijum dioksid. Javlja se u kristalnom, kriptokristalnom i amorfnom stanju. Više SiO2 u kristalnom stanju.
SiO2 – silicijum dioksid
kristalno kriptokristalno amorfno
(mineral – kvarc) (opal, jaspis, ahat, kremen) (tronožac)
Crystal - nalazi se u prirodi u obliku minerala kvarca. Kvarc je također dio stijena - granita i gnajsa. Običan pijesak se sastoji od sitnih zrna kvarca. Čisti pijesak je bijele boje, zove se kvarcni pijesak, a obični riječni pijesak sadrži nečistoće željeza i stoga je žut. Prozirni pojedinačni kristali kvarca su gorski kristal. Gorski kristal ljubičaste boje od nečistoća naziva se ametist, a smeđe boje - dimljeni topaz. Oni su nakit. Rastopljeni kvarc se hladi u prozirno staklo. Kvarc staklo ne propušta ultraljubičaste zrake.
Cryptocrystalline Jedinjenja silicijevog dioksida uključuju opal, jaspis, ahat i kremen. Opal i ahat imaju prekrasne boje. Korištene su za ukrašavanje moskovskog metroa. Kremen je tvrdi mineral koji se prilikom udarca lomi u komade oštrih ivica i igrao je veliku ulogu u istorijskom razvoju ljudskog društva. Ovaj mineral je korišten za izradu alata.
Amorfna SiO2 je manje uobičajen u prirodi. Ljušture nekih dijatomeja građene su od amorfnog SiO2 i nakupine ovih školjki mjestimično formiraju velike naslage, nazivaju se infuzorsko tlo ili tripoli (dijatomit).
3) Fizička svojstva.
SiO2 je kristalna čvrsta supstanca.
4) Hemijska svojstva.
Uobičajeni su:
a) reaguje sa alkalijama na temperaturi.
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
b) na temperaturi reaguje sa bazičnim oksidima
SiO2 + CaO = CaSiO3
Specifično.
a) ne stupa u interakciju sa vodom.
b) sa porastom temperature istiskuje više isparljivih oksida iz soli.
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
c) reaguje sa fluorovodoničnom kiselinom
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O
tetrafluorid
5) Primjena.
1.Kvarc – proizvodnja stakla, hemijsko stakleno posuđe.
2.Trepel - u građevinarstvu, kao toplotni izolator i materijal za prigušivanje zvuka.
3. Dekoracije.
4. Proizvodnja pješčano-krečne opeke.
5.Keramički proizvodi.
6) Silicijumska kiselina.
Prema tabeli rastvorljivosti, H2SiO3 je jedna nerastvorljiva kiselina.
Može se dobiti reakcijom rastvora njegovih soli sa kiselinama.
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
student sediment
2Na++ SiO32- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl-+ H2SiO3↓
2H+ + SiO32- = H2SiO3↓
S vodom silicijumska kiselina stvara koloidne otopine. To je slabija kiselina, čak slabija od ugljične kiseline, krhka je i postepeno se raspada kada se zagrije.
H2SiO3 = H2O + SiO2
VI. Konsolidacija. Gledanje I dijela filma “Silicon (VI) Oxide”
V. Domaći zadatak– sinopsis, §35,36.
Problem 1 red.
Koliko će se ugljičnog monoksida (VI) osloboditi (u litrima) kada se natrijum karbonat spoji sa 62 g silicijum dioksida koji sadrži 3% nečistoća jedinjenja željeza.
Dato: 1 mol x
m (SiO2) = 62g. Na2CO3+ SiO2= Na2SiO3 + CO2
Ѡ(cca) – 3% 1 mol 2 mol
V(CO2) - ? M (SiO2) = 28 + 32 = 60 g/mol
mch. V. = Ѡ mcolor / 100% = 97 62/100% = 60,14
υ(SiO2) = m/M = 60,14/60 = 1 mol
υ(SO2) = 1 mol
V(CO2) = Vm · υ = 22,4 · 1 = 22,4 l.
Problem II red.
Koliko je Si(IV) oksida koji sadrži 0,2 masenih udjela nečistoća potrebno da se dobije 6,1 g natrijum silikata?
Dato: x 0,05
m (Na2SiO3) = 6,1 g. SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Ѡ(cca) =20% 1 mol 1 mol
m (SiO2) - ? M (SiO2) = 60 g/mol
M (Na2SiO3) = 122 g/mol
υ (Na2SiO3) = m / M = 6,1 / 122 = 0,05 mol
υ (SiO2) = 0,05 mol
m = M · υ = 60 · 0,05 = 3 g.
100% - 20% = 80%
mts. V. = .mch. V. / Ѡ · 100% = 30 / 80 · 100 = 3,75 g.
Problem III red.
Kada je 120 g SiO2 stupilo u interakciju sa 106 g Na2CO3, oslobađao se CO2. Koja je masa ovog gasa nastala?
Dato: 1mol x
m (SiO2) = 120 g Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
m (Na2CO3) = 106 g 1 mol 1 mol 1 mol
V (CO2) - ? M (Na2CO3) = 106g/mol
M (SiO2) = 60 g/mol
M (CO2) = 44 g/mol
υ (Na2CO3) = m /M = 106 / 106 = 1 mol (nedovoljno)
υ (SiO2) = 120 / 60 = 2 mol (g)
V(CO2) = 1 mol
m (CO2) = M · υ = 44 · 1 = 44 g.
Drugi predstavnik elemenata glavne podgrupe grupe IV (grupa IVA) Periodnog sistema D.I.Mendeljejeva je silicijum Si.
U prirodi je silicijum drugi najzastupljeniji hemijski element nakon kiseonika. Više od četvrtine zemljine kore čine njeni spojevi. Najčešći spoj silicijuma je silicijum oksid (IV) SiO 2, drugo ime mu je silicijum dioksid.
U prirodi formira mineral kvarc (Sl. 158), čije su mnoge varijante - gorski kristal i njegov poznati ljubičasti oblik - ametist, kao i ahat, opal, jaspis, kalcedon, karneol, poznati kao ukrasni i poludragi kamenje. Obični i kvarcni pijesak se također sastoji od silicijum (IV) oksida.
Rice. 158.
Kristali kvarca ugrađeni u dolomit
Primitivni ljudi pravili su oruđe od raznih minerala na bazi silicijum (IV) oksida (kremen, kalcedon itd.). Upravo je kremen, ovaj neupadljiv i ne baš izdržljiv kamen, označio početak kamenog doba – doba kremenog oruđa (sl. 159). Dva su razloga za to: rasprostranjenost i dostupnost kremena, kao i njegova sposobnost da formira oštre rezne ivice prilikom usitnjavanja.
Rice. 159.
Alati iz kamenog doba
Druga vrsta prirodnih spojeva silicija su silikati. Među njima su najčešći aluminosilikati (jasno je da ti silikati sadrže hemijski element aluminijum). Aluminosilikati uključuju granit, razne vrste gline i liskun. Silikat koji ne sadrži aluminij je, na primjer, azbest, od kojeg se prave vatrootporne tkanine.
Silicijum (IV) oksid SiO 2 je neophodan za život biljaka i životinja. Daje snagu stabljikama biljaka i zaštitnim omotačima životinja (Sl. 160). Zahvaljujući njemu trska, trska i preslica stoje jaki kao bajoneti, oštri listovi šaša sečeni kao noževi, strnište u pokošenoj njivi bode se kao iglice, a stabljike žitarica su tako jake da ne daju da se polja u poljima leći od kiše i vjetra. Riblje krljušti, školjke insekata, krila leptira, ptičje perje i životinjsko krzno su izdržljivi jer sadrže silicijum dioksid.
Rice. 160.
Silicijum (IV) oksid daje snagu stabljikama biljaka i zaštitnim omotačima životinja
Jedinjenja silicijuma daju glatkoću i snagu ljudskoj kosi i noktima.
Silicijum je takođe deo nižih živih organizama - dijatomeja i radiolarija, najosjetljivijih grudvica žive materije koje od silicijum dioksida stvaraju svoje nenadmašne ljepotne kosture (Sl. 161).
Rice. 161.
Skeleti dijatomeja (a) i radiolarija (b) sastoje se od silicijum dioksida
Svojstva silicijuma. Koristite mikrokalkulator sa solarnom baterijom i stoga imate razumijevanje za kristalni silicijum. Ovo je poluprovodnik. Za razliku od metala, njegova električna provodljivost raste s porastom temperature. Solarni paneli se postavljaju na satelite, svemirske brodove, stanice i krovove kuća (Sl. 162), pretvarajući sunčevu energiju u električnu energiju. Koriste poluvodičke kristale, prvenstveno silicijum. Silicijumske solarne ćelije mogu pretvoriti do 10% apsorbirane sunčeve energije u električnu energiju.
Rice. 162.
Solarna baterija na krovu kuće
Silicijum gori u kiseoniku, formirajući već poznati silicijum oksid (IV):
Budući da je nemetal, kada se zagrije, silicijum se spaja s metalima i formira silicide, na primjer:
Silicidi se lako razgrađuju vodom ili kiselinama, oslobađajući gasovito vodikovo jedinjenje silicijuma - silan:
Za razliku od ugljovodonika, silan se spontano zapali u zraku i sagorijeva stvarajući silicijum (IV) oksid i vodu:
Povećana reaktivnost silana u odnosu na CH4 metan objašnjava se činjenicom da je atomska veličina silicijuma veća od atomske veličine ugljika, pa su kemijske veze Si-H manje jake od C-H veza.
Silicijum reaguje sa koncentriranim vodenim rastvorima alkalija, formirajući silikate i vodik:
Silicij se dobiva redukcijom iz silicijum (IV) oksida magnezijem ili ugljikom:
Silicijum oksid (IV), ili silicijum dioksid, ili silicijum SiO 2, kao i CO 2, je kiseli oksid. Međutim, za razliku od CO2, on nema molekularnu, već atomsku kristalnu rešetku. Stoga je SiO 2 čvrsta i vatrostalna supstanca. Ne otapa se u vodi i kiselinama, osim, kao što znate, fluorovodonične kiseline, ali na visokim temperaturama reagira s alkalijama i formira soli silicijumske kiseline - silikate:
Silikati se također mogu dobiti spajanjem silicijum (IV) oksida sa metalnim oksidima ili karbonatima:
Natrijum i kalijum silikati se nazivaju rastvorljivo staklo. Njihove vodene otopine su dobro poznato silikatno ljepilo.
Od rastvora silikata, dejstvom jačih kiselina na njih - hlorovodonične, sumporne, sirćetne, pa čak i ugljične, dobija se silicijumska kiselina H 2 SiO 3 (Sl. 163):
Rice. 163. Kvalitativna reakcija na silikatni jon
Stoga je H 2 SiO 3 vrlo slaba kiselina. Nerastvorljiv je u vodi i ispada iz reakcione smjese u obliku želatinoznog taloga, ponekad kompaktno ispunjavajući cijeli volumen otopine, pretvarajući je u polučvrstu masu sličnu želeu ili želeu. Kada se ova masa osuši, formira se visoko porozna tvar - silika gel, koji se široko koristi kao adsorbent - apsorber drugih tvari.
Laboratorijski eksperiment br. 40
Priprema silicijumske kiseline i proučavanje njenih svojstava
Silikonske aplikacije. Već znate da se silicij koristi za proizvodnju poluvodičkih materijala, kao i legura otpornih na kiseline. Kada se kvarcni pijesak stapa s ugljem na visokim temperaturama, nastaje silicijum karbid SiC, koji je po tvrdoći drugi iza dijamanta. Zbog toga se koristi za oštrenje rezača metalorezačkih mašina i poliranje dragog kamenja.
Rastopljeni kvarc se koristi za izradu raznih kvarcnih hemijskih posuda, koje mogu izdržati visoke temperature i ne pucaju pri naglom hlađenju.
Silikonska jedinjenja služe kao osnova za proizvodnju stakla i cementa.
Obično prozorsko staklo ima sastav koji se može izraziti formulom Na 2 O CaO 6 SiO 2. Proizvodi se u specijalnim staklenim pećima spajanjem mješavine sode, krečnjaka i pijeska.
Posebnost stakla je sposobnost da omekša i da, u rastopljenom stanju, poprimi bilo koji oblik koji je sačuvan kada se staklo stvrdne. Na tome se temelji proizvodnja stolnog posuđa i drugih proizvoda od stakla.
Dodatni kvalitet staklu daju različiti aditivi. Tako se unošenjem olovnog oksida dobija kristalno staklo, hrom oksid boji staklo u zeleno, kobalt oksid u plavo itd. (Sl. 164).
Rice. 164.
Proizvodi od stakla u boji
Staklo je jedan od najstarijih izuma čovečanstva. Već prije 3-4 hiljade godina proizvodnja stakla je razvijena u Egiptu, Siriji, Feniciji i Crnom moru.
Staklo je materijal ne samo za zanatlije, već i za umjetnike. Visoko savršenstvo postigli su majstori starog Rima, koji su umeli da dobiju obojeno staklo i od svojih komada prave mozaike.
Rice. 165.
Vitraži u katedrali Notre Dame, Chartres
Umjetnička djela od stakla obavezni su atributi svakog velikog muzeja, a obojeni vitraži crkava i mozaički paneli su živopisni primjeri toga (sl. 165). U jednoj od prostorija filijale Ruske akademije nauka u Sankt Peterburgu nalazi se mozaik portret Petra I, koji je izradio M. V. Lomonosov (sl. 166).
Rice. 166.
Mozaik portret Petra I
Područja primjene stakla su vrlo široka. Ovo je prozor, boca, lampa, ogledalo; optičko staklo - od naočala do naočala za fotoaparate; sočiva bezbrojnih optičkih instrumenata - od mikroskopa do teleskopa.
Drugi važan materijal koji se dobija od silicijumskih jedinjenja je cement. Dobiva se sinterovanjem gline i krečnjaka u specijalnim rotacionim pećima.
Ako se cementni prah pomiješa s vodom, formira se cementna pasta ili, kako je nazivaju graditelji, "cementni mort", koji se postepeno stvrdne. Kada se cementu kao punilo doda pijesak ili drobljeni kamen, dobije se beton. Čvrstoća betona se povećava ako se u njega uvede željezni okvir - dobije se armirani beton od kojeg se izrađuju zidne ploče, podni blokovi, nosači mostova itd.
Industrija silikata proizvodi staklo i cement. Takođe proizvodi silikatna keramika - cigla, porculan (Sl. 167), zemljano posuđe i proizvodi od njih.
Rice. 167.
Porcelan
Otkriće silicijuma. Iako su već u antičko doba ljudi naširoko koristili silicijumske spojeve u svakodnevnom životu, sam silicijum je prvi put nabavio švedski hemičar J. Ya Berzelius 1824. Međutim, 12 godina prije njega, silicijum su nabavili J. Gay-Lussac i L. Thénard, ali je bio veoma kontaminiran nečistoćama.
Latinski naziv silicijum potiče od latinske reči silex - "kremen". Ruski naziv "silicijum" dolazi od grčkog krimnos - "litica, stena".
Nove riječi i koncepti
- Prirodna jedinjenja silicijuma: silicijum dioksid, kvarc i njegove vrste, silikati, aluminosilikati, azbest.
- Biološki značaj silicijuma.
- Svojstva silicijuma: poluvodič, interakcija sa kiseonikom, metalima, alkalijama.
- Silan.
- Silicijum(IV) oksid. Njegova struktura i svojstva: interakcija sa alkalijama, bazičnim oksidima, karbonatima i magnezijumom.
- Silicijumska kiselina i njene soli. Topljivo staklo.
- Primjena silicijuma i njegovih spojeva.
- Staklo.
- Cement.
Zadaci za samostalan rad
Silicijum IV oksid TU 6-09-3379-79
SiO2
Silica (silicijum, SiO2; lat. silicijum) - silicijum (IV) oksid. Bezbojni kristali sa tačkom topljenja od +1713…+1728 °C, visoke tvrdoće i čvrstoće.
Silicijum dioksid je glavna komponenta gotovo svih kopnenih stijena, posebno dijatomejske zemlje. 87% mase litosfere se sastoji od silikata i silikata. U ljudskoj krvi i plazmi, koncentracija silicijum dioksida je 0,001% težinski.
Svojstva
- Spada u grupu kiselih oksida.
- Kada se zagrije, reagira s bazičnim oksidima i alkalijama.
- Reaguje sa fluorovodoničnom kiselinom.
- SiO 2 pripada grupi oksida koji stvaraju staklo, odnosno sklon je stvaranju prehlađene taline - stakla.
- Jedan od najboljih dielektrika (ne provodi električnu struju ako ne sadrži nečistoće i ne zagrijava se).
Polimorfizam
Silicijum dioksid ima nekoliko polimorfa.
Najčešći od njih na površini zemlje - α-kvarc - kristalizira se u trigonalnom sistemu. U normalnim uslovima, silicijum dioksid se najčešće nalazi u polimorfu α-kvarca, koji se na temperaturama iznad +573 °C reverzibilno transformiše u β-kvarc. Daljnjim povećanjem temperature, kvarc se pretvara u tridimit i kristobalit. Ovi polimorfi su stabilni na visokim temperaturama i niskim pritiscima.
U prirodi postoje i oblici - opal, kalcedon, kvarcin, lutecit, autigeni kvarc, koji pripadaju grupi silicijum dioksida. Opal (SiO 2 *nH 2 O) u tankom presjeku je bezbojan, izotropan, ima negativan reljef, taložen je u morskim rezervoarima i dio je mnogih silicijskih stijena. Kalcedon, kvarc, lutecit - SiO 2 - su kriptokristalne sorte kvarca. Formiraju vlaknaste agregate, rozete, sferulite, bezbojne, plavkaste, žućkaste. Razlikuju se jedni od drugih po nekim svojstvima - kalcedon i kvarcin imaju direktno izumiranje, lutecit ima koso izumiranje, a kalcedon ima negativno istezanje.
Pri visokim temperaturama i pritiscima, silicijum dioksid se prvo transformiše u koezit (koji je sintetizirao američki hemičar Loring Coes 1953. godine), a zatim u stišovit (koji je 1961. sintetizirao S. M. Stishov, a 1962. otkriven u meteoritu) krater [ izvor nije naveden 2294 dana ] . Prema nekim istraživanjima, stišovit čini značajan dio plašta, pa pitanje koja vrsta SiO 2 je najčešća na Zemlji još nema jasan odgovor.
Ima i amorfnu modifikaciju - kvarcno staklo.
Hemijska svojstva
Silicijum dioksid SiO 2 je kiseli oksid koji ne reaguje sa vodom.
Hemijski otporan na kiseline, ali reagira s plinovitom fluorovodikom:
i fluorovodonična kiselina:
Ove dvije reakcije se široko koriste za jetkanje stakla.
Kada se SiO 2 stapa sa alkalijama i bazičnim oksidima, kao i sa karbonatima aktivnih metala, nastaju silikati - soli vrlo slabih, u vodi netopivih silicijumskih kiselina bez konstantnog sastava opšte formule xH 2 O ySiO 2 (prilično često u literaturi se pominju ne-silicijumske kiseline, i silicijum-kiselina, iako je u stvari reč o istoj supstanci).
Na primjer, natrijum ortosilikat se može dobiti:
kalcijum metasilikat:
ili miješani kalcijum i natrijev silikat:
Prozorsko staklo je napravljeno od silikata Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O·CaO·6SiO2).
Većina silikata nema konstantan sastav. Od svih silikata, samo natrijum i kalijev silikat su rastvorljivi u vodi. Otopine ovih silikata u vodi nazivaju se tečnim staklom. Zbog hidrolize ove otopine karakterizira visoko alkalna sredina. Hidrolizirane silikate karakterizira stvaranje ne pravih, već koloidnih otopina. Kada se rastvori natrijevih ili kalijevih silikata zakiseli, taloži se želatinasti bijeli talog hidratizirane silicijumske kiseline.
Glavni strukturni element i čvrstog silicijum dioksida i svih silikata je grupa u kojoj je atom silicijuma Si okružen tetraedrom od četiri atoma kiseonika O. U ovom slučaju, svaki atom kiseonika je povezan sa dva atoma silicija. Fragmenti se mogu međusobno povezati na različite načine. Među silikatima, prema prirodi veza u njihovim fragmentima, dijele se na otočne, lančane, trakaste, slojevite, okvirne i druge.
Potvrda
Sintetički silicijum dioksid se proizvodi zagrevanjem silicija na temperaturu od +400...+500 °C u atmosferi kiseonika, dok se silicijum oksiduje u SiO 2 dioksid. Kao i termička oksidacija na visokim temperaturama.
U laboratorijskim uvjetima sintetički silicijum dioksid se može dobiti djelovanjem kiselina, čak i slabe octene kiseline, na rastvorljive silikate. Na primjer:
silicijumska kiselina se odmah razlaže na vodu i SiO 2, koji se taloži.
Prirodni silicij u obliku pijeska koristi se tamo gdje nije potrebna visoka čistoća materijala.
Aplikacija
Silicijum dioksid se koristi u proizvodnji stakla, keramike, abraziva, betonskih proizvoda, za proizvodnju silicijuma, kao punilo u proizvodnji gume, u proizvodnji silicijumskih vatrostalnih materijala, u hromatografiji itd. Kristali kvarca imaju piezoelektrična svojstva i zato se koriste u radiotehnici, ultrazvučnim instalacijama i upaljačima. Amorfni neporozni silicijum dioksid se koristi u prehrambenoj industriji kao ekscipijent E551, koji sprečava zgrušavanje i zgrušavanje, parafarmaceutici (pasti za zube), u farmaceutskoj industriji kao pomoćna tvar (navedena u većini farmakopeja), kao i dodatak hrani ili lijek kao enterosorbent.
Umjetno proizvedeni filmovi od silicijum dioksida koriste se kao izolator u proizvodnji mikro krugova i drugih elektronskih komponenti.
Koristi se i za proizvodnju optičkih kablova. Koristi se čisti topljeni silicijum sa nekim posebnim sastojcima koji su mu dodati.
Silicijum filament se takođe koristi u grejnim elementima elektronskih cigareta, jer dobro upija tečnost i ne uništava se zagrevanjem zavojnice.
Veliki prozirni kristali kvarca koriste se kao poludrago kamenje; bezbojni kristali se zovu gorski kristal, ljubičasti kristali se zovu ametisti, žuti se zovu citrin.
U mikroelektronici, silicijum dioksid je jedan od glavnih materijala. Koristi se kao izolacijski sloj i kao zaštitni premaz. Dobija se u obliku tankih filmova termičkom oksidacijom silicijuma, hemijskim taloženjem iz pare i magnetronskim raspršivanjem.
Porozni silicijum
Porozni silicijum se dobija raznim metodama.
Silohrom se dobija agregacijom aerosila, koji se, pak, dobija sagorevanjem silana (SiH 4). Silohrom se odlikuje visokom čistoćom i malom mehaničkom čvrstoćom. Karakteristična veličina specifične površine je 60-120 m²/g. Koristi se kao sorbent u hromatografiji, gumenom punilu i katalizi.
Silika gel se dobija sušenjem gela silicijumske kiseline. U poređenju sa silohromom, ima nižu čistoću, ali može imati izuzetno razvijenu površinu: obično od 300 m²/g do 700 m²/g.
Silicijumski aerogel je otprilike 99,8% vazduha i može imati gustinu do 1,9 kg/m³ (samo 1,5 puta više od gustine vazduha).
