Силициев диоксид

Силициев диоксид (оксид на силиций (IV), Si O₂) е химично съединение на силиция – безцветни кристали, с температура на топене t_топ 1713 – 1728 °C, с висока твърдост и якост.

Свойства

Отнася се към групата на киселинните оксиди.
При нагряване взаимодейства с основни оксиди и алкални основи.
Разтваря се във флуороводородна киселина.
SiO₂ се отнася към групата на стъклообразуващите оксиди, т.е. склонен е към образуване на преохладена стопилка – стъкло.
Един от най-добрите диелектрици (не провежда електричен ток).

Полиморфизъм

Силициевият диоксид има няколко полиморфни модификации.

Най-разпространената от тях на повърхността на земята е α-кварц, който кристализира в тригоналната сингония.

При нормални условия силициевият диоксид се среща най-често в полиморфната си модификация α-кварц, която преминава обратимо в β-кварц при температура над 573 °C. При по-нататъшно увеличаване на температурата кварцът преминава в тридимит и кристобалит. Тези полиморфни модификации са устойчиви при високи температури и ниски налягания. При високи температури и налягания силициевият диоксид се превръща отначало в коесит, а след това в стишовит (който за първи път е намерен в епицентъра на ядрен взрив). Според някои изследвания стишовитът съставлява значителна част от земната мантия, така че въпросът за това коя разновидност на SiO₂ е най-разпространена на Земята, няма еднозначен отговор.

Силициевият диоксид има и аморфна модификация – кварцово стъкло.

Химически свойства

Силициевият диоксид SiO₂ е киселинен оксид и не реагира с водата.

Устойчив е химически към действието на киселини, но реагира с флуороводородна киселина:

SiO₂ + 6HF → H₂[SiF₆] + 2H₂O,

и газообразен флуороводород HF:

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O.

Тези две реакции се използват широко за разяждане (ецване) на стъклото.

При сплавяне на SiO₂ с алкални и основни оксиди, а също така и с карбонати на активни метали се образуват силикати – соли на силициевите киселини, които нямат постоянен състав.

Например, може да се получат:

SiO₂ + 4NaOH → (2Na₂O)·SiO₂ + 2H₂O ортосиликат на натрия,

SiO₂ + СаО → СаО·SiO₂ метасиликат на калция,

Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ → Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂↑ или смесен силикат на калция и натрия.

От натриев силикат Na₂O·CaO·6SiO₂ се произвежда стъкло за прозорци.

Трябва да се отбележи, че повечето силикати нямат постоянен състав. От всички силикати само натриевите и калиевите силикати са разтворими във вода.

Основен структурен елемент както на твърдия силициев диоксид, така и на всички силикати е групата [SiO_4/2], в която атомът на силиция Si е обкръжен от тетраедър от четири атома кислород О. При това всеки атом кислород е свързан с два атома силиций. Фрагментите [SiO_4/2] могат да се свързват един с друг по различен начин. Сред силикатите се различават островни, верижни, лентови, слоести, черупкови и други според характера на връзката на фрагментите [SiO_4/2].

Получаване

Синтетичен силициев диоксид се получава чрез нагряване на силиций до температура 400 – 500 °C в кислородна атмосфера, при което силицият се окислява до диоксид SiO₂.

В лабораторни условия синтетичен силициев диоксид може да бъде получен с реакция между киселини и силикатни соли. Например:

Na₂SiO₃ + 2CH₃COOH → 2CH₃COONa+H₂SiO₃,

силициевата киселина веднага се разлага на вода и SiO₂, който се отлага.

Там, където не е необходима висока чистота на материала, се използва естествен силициев диоксид във вид на пясък.

Приложение

Силициевият диоксид се използва в производството на стъкло, керамика, абразиви, бетон, за получаване на силиций, като пълнител в производството на гума, при производството на огнеупорни материали, в хроматографията и др.

Кварцовите кристали притежават пиезоелектрически свойства и се използват в радиотехниката и ултразвуковите апарати.

Силициевият диоксид е главен компонент на почти всички скали и се среща най-често като пясък и кремък.

Изкуствено получени тънки слоеве силициев диоксид се използват като диелектрик при производството на интегрални схеми и други електронни компоненти.

Силициевият диоксид се използва и за производство на оптични кабели.

Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Диоксид кремния“ в Уикипедия на руски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите.

ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.