Dioxid de siliciu | ||
Imagine de sus: Formula Lewis pentru dioxid de siliciu. Imagine de jos: model structural de baza majorității de dioxid de siliciu polimorfe care formează SiO 4 ansambluri tetraedrulegate între ele prin vârfurile lor, fiecare atom de oxigen fiind comun la două tetraedre, de unde formula generală a SiO 2. |
||
Identificare | ||
---|---|---|
Sinonime |
silice |
|
N o CAS |
silice precipitată :amorfsilice :stishovite :coesite :cristobalit :cuart :tridimit :keatite :sticlăcuarț :silica gel :fumurisilice :silice fumans |
:|
N o ECHA | 100.028.678 | |
N o EC | 231-545-4: silice amorf 238-455-4: cristobalit 238-878-4: cuarț 239-487-1: tridimit 262-373-8: sticlă cuarț 273-761-1: fum de silice 601-214 -2 : silicagel 604-037-9: stishovite 920-837-3: sticlă |
|
N o RTECS | VV7325000: cristobalit VV7330000: cuarț VV7335000: tridimit |
|
PubChem | 24261 | |
ChEBI | 30563 | |
N o E | E551 | |
ZÂMBETE |
O = [Si] = O , |
|
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / O2Si / c1-3-2 Std. InChIKey: VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N |
|
Aspect | solid incolor, cristalin, uneori amorf, practic insolubil în apă | |
Proprietăți chimice | ||
Formula brută |
O 2 Si |
|
Masă molară | 60,0843 ± 0,0009 g / mol O 53,26%, Si 46,74%, |
|
Proprietăți fizice | ||
T ° fuziune | 1730 ° C | |
T ° fierbere | 2230 ° C | |
Solubilitate | 10 mg · L -1 până la 25 ° C ( cuarț ) | |
Masa volumică | 2,334 g · cm -3 | |
Proprietati optice | ||
Indicele de refracție | 1,458 pentru λ = 589 nm în silice amorfă în strat subțire | |
Precauții | ||
SGH | ||
NFPA 704 | ||
0 1 0 | ||
Clasificarea IARC | ||
Grupa 1: cancerigen pentru oameni (silice cristalină inhalată sub formă de cuarț sau cristobalit dintr-o sursă profesională) Grupa 3: neclasificabil în ceea ce privește carcinogenitatea sa la om (silice amorfă ) | ||
Unități de SI și STP, cu excepția cazului în care se prevede altfel. | ||
Dioxidul de siliciu sau silice , este un compus chimic cu formula SiO 2. Este un solid incolor prezent din abundență în mediul natural și în diferite ființe vii . Există liber sub diferite forme cristaline și amorfe și este combinat chimic cu alți oxizi din silicați , care sunt principalii constituenți ai scoarței și mantei pământului . Liber sau combinat, reprezintă 60,6% din masa scoarței continentale . Este deosebit de abundent sub formă de cuarț , în special la granite . Există și ca un material sintetic , cum ar fi sticla de cuarț , silice , silica gel, și aerogels . Este utilizat ca material structural, în microelectronică , ca izolator electric , precum și ca ingredient pentru industria farmaceutică și industria alimentară .
Inhalarea de siliciu cristalin fin divizat este toxic și poate duce la inflamație severă a plămânilor, silicoză , la bronșită , cancerul pulmonar si a bolilor autoimune , cum ar fi lupus eritematos sistemic și artrita reumatoidă . Absorbția dioxidului de siliciu amorf, pe de altă parte, provoacă doar scurte inflamații reversibile.
Sub condiții normale de temperatură și presiune ( T = 0 ° C , P = 0,1 MPa ), dioxid de siliciu la echilibru este sub formă de α cuarț , un cristalin de material cu o trigonală structură ( Z = 3 SiO 2 modele pe mesh ).
La presiune scăzută ( P < 500 MPa ) și creșterea temperaturii T , faza stabilă este succesiv:
La temperatură scăzută ( T < 600 ° C ) și creșterea presiunii P , faza stabilă este succesiv:
Cele Tranzițiile de fază ale diagramei sunt de ordinul întâi , cu excepția α ↔ cuarț quartz β tranziția (de ordinul al doilea), care este displacive (aceasta are loc prin deplasarea simplă a atomilor fără ruperea legăturilor chimice ); din acest motiv nu necesită nucleație , iar β cuarțul nu poate fi stins la temperatură scăzută.
In toate fazele de mai sus fiecare atom de siliciu este în centrul unui tetraedru [SiO 4], cu excepția vaporilor de silice (molecule de SiO 2) și stishovite, în care numărul de coordonare al siliciului este 6 (octaedre [SiO 6]).
Dioxidul de siliciu este un solid incolor relativ dur (7,0 pe scara Mohs pentru cuarț ) care există atât în forme cristaline, cât și în forme amorfe . Sale Densitatea este 2,648 g / cm 3 pentru α cuarț , dar 2.196 g / cm 3 pentru SiO 2amorf. Este transparent în tot spectrul vizibil , de unde și aplicațiile sale în optică , cu un indice de refracție apropiat de 1,46. Pe de altă parte, este mai puțin transparent în infraroșu , ceea ce explică parțial avantajul obținut în horticultură prin utilizarea de sere . Este un bun izolator electric , cu o rezistivitate de 10 12 până la 10 16 Ω cm pentru formele cristalizate și mai mare de 10 18 Ω cm pentru formele amorfe. Conductivitatea sa termică este, respectiv, 1,3 și 1,4 W m −1 K −1 , iar raportul lui Poisson respectiv 0,17 și 0,165 pentru formele cristaline și amorfe.
În majoritatea silicaților , atomii de siliciu au o coordonare tetraedrică cu patru atomi de oxigen care înconjoară un atom de siliciu central. De Polimorfii de cuarț sunt exemple de astfel de structuri, care formează o rețea tridimensională , în care fiecare atom de siliciu este legat covalent la patru atomi de oxigen în tetraedrice manipulate.
De exemplu, în rețeaua cristalină a α cuarț , tetraedrul centrala imparte cele patru noduri, fiecare format dintr - un atom de oxigen, în timp ce cota de doi tetraedre centrate față două dintre cele patru vârfuri, iar cele patru tetraedrului cu margini centrate împart un singur atomilor de oxigen cu SiO 4 tetraedrevecini. Cei 7 tetraedri ai celulei de cuarț α sunt astfel 12 din cei 24 de atomi de oxigen care sunt împărțiți între doi tetraedri adiacenți.
Singura formă stabilă de dioxid de siliciu în condiții normale de temperatură și presiune este cuarțul α , care este cea mai comună formă cristalină de SiO2 .. Impuritățile din rețeaua de cristal pot da cristalului culori diferite. Tranziția dintre cuarțul α și cuarțul β are loc brusc la 573 ° C. Deoarece această tranziție este însoțită de o creștere semnificativă a volumului cristalului, poate fractura cu ușurință roci sau ceramice care conțin dioxid de siliciu care traversează această temperatură.
Mineralele cu temperatură ridicată, cristobalitul și tridimitul au densitate și indice de refracție mai mici decât cuartul α. În schimb, seifertita , stișovita și coezitul , care sunt minerale de înaltă presiune, au o densitate și un indice de refracție mai mari decât cuarțul α.
In afara de stishovite fibre și siliciu, toate polimorfi de dioxid de siliciu cristalizat sunt formate din SiO 4 tetraedreunite de unele dintre vârfurile lor în diferite configurații tridimensionale. Lungimea Si - O legătură variază în funcție de formele de cristal. În cuarțul α, de exemplu, este de 161 µm , în timp ce este de 154 până la 171 µm în α tridimit . Si - O - Si unghiul de legătură variază , de asemenea , de la 140 ° pentru α tridimit la 180 ° pentru β tridimit, în timp ce este 144 ° pentru α cuarț.
Fibrele de silice au o structură similară cu cea a disulfurii de siliciu SiS 2, cu lanțuri de tetraedre care împart unele dintre marginile lor. Stișovitul, o formă stabilă la presiune ridicată, pe de altă parte are o structură de tip rutil , în care atomii de siliciu sunt hexacoordinați. Densitatea de stishovite este 4.287 g · cm -3 , mult mai mare decât cea a α cuarț, care este de numai 2,648 g · cm -3 . Această diferență de densitate trebuie să fie legată de variația coordonării , deoarece legăturile Si - O sunt mai lungi în stishovite - patru legături ecuatoriale de 176 pm și două legături polare de 181 pm - decât în cuarț α: patru legături tetraedrice de 161 µm .
Faujasite este o altă formă de silice cristalină. Se obține prin dezumidificare a zeoliților Y ultra-stabili cu un conținut scăzut de sodiu utilizând un tratament termic în prezența unui acid. Produsul rezultat conține mai mult de 99% silice având o cristalinitate ridicată și o suprafață specifică ridicată (mai mult de 800 m 2 · g -1 ). Este un material foarte stabil în ceea ce privește temperatura și acizii. În special, își păstrează cristalinitatea și gradul său ridicat de ordine moleculară la o distanță mare după ce a fost plasat în fierbere acid clorhidric concentrat.
Polimorf | Structura |
Sistem , Pearson , n - o de grup spațial |
ρ g cm –3 |
Observații |
---|---|---|---|---|
Cuarț α |
Trigonală romboedrică hP9, P3 1 21 n o 152 |
2.648 | Lanțuri elicoidale care fac cristalele unice optic active. Α cuarț se transformă în cuarț β la 846 K . | |
Cuarț β |
HP18 hexagonal , P6 2 22, n o 180 |
2.533 | Strâns legat de cuarțul α , cu un unghi Si - O - Si de 155 ° și activ din punct de vedere optic. Β cuarț se transformă în tridimit β la 1140 K . | |
Α tridimită |
Ortorombică oS24, C222 1 , n ° 20 |
2.265 | Metastabil la presiune atmosferică . | |
Β tridimită | Hexagonal HP12, P6 3 / mmc, n o 194 |
În strânsă legătură cu α tridimita. Tridimit β este transformată în cristobalit β la 2010 K . | ||
Cristobalit α |
Tetragonal tP12, P4 1 2 1 2, 92 |
2.334 | Metastabil la presiune atmosferică . | |
Cristobalit β |
Cubic cF104, Fd 3 m, n o 227 |
Strâns legat de α cristobalit . Contextul 1978 K . | ||
Keatite |
Tetragonal tP36, P4 1 2 1 2, n o 92 |
3.011 | Cicluri Si 5 O 10, Dacă 4 O 14și Si 8 O 16. Produs din cuarț și sticlă alcalină 600 până la 900 K și 40 până la 400 MPa . | |
Moganit |
Monoclinic mS46, C2 / c, n ° 15 |
Cicluri Si 4 O 8și Si 6 O 12. | ||
Cezită | Monoclinic mS48, C2 / c, n ° 15 |
2.911 | Cicluri Si 4 O 8și Si 8 O 16. Antrenament la 900 K și de la 3 la 3,5 GPa . | |
Stișovită | Tetragonal tP6, P4 2 / mnm, n o 136 |
4.287 | Una dintre cele mai dense forme de dioxid de siliciu , cu densitate abia mai mică decât seifertita . Structură cristalină asemănătoare rutilei cu siliciu coordonat hexagonal . Formarea de 7,5 până la 8,5 GPa . | |
Seifertite | Ortorombică oP, Pbcn |
4.294 | Una dintre formele mai dense de dioxid de siliciu , cu densitate ușor mai mare decât stishovita . Se formează la presiuni peste 40 GPa . | |
Melanoflogit | Cubic (cP *, P4 2 32, n o 208) sau tetragonal (P4 2 / nbc) | 2.04 | Cicluri Si 5 O 10, Dacă 6 O 12. Prezent cu hidrocarburi în spații interstițiale. | |
Silice fibroasă | Ortorombică oI12, IBAM, n o 72 |
1,97 | Structură similară cu cea a disulfurii de siliciu SiS 2alcătuit din lanțuri de tetraedre SiO 4unite de unele dintre marginile lor. Se topește la aproximativ 1700 K | |
2D silice | Hexagonal | Structura stratificat a foilor de silice hexagonale. |
Există o mare varietate de minerale compuse dintr - o parte mai mare sau mai mic de SiO 2amorf . Principalul este opalul , care este un hidrat de dioxid de siliciu amorf, a cărui apă este în general între 6 și 10% în masă, cu valori extreme care variază între 3 și 21%. Geysérite este o variantă de opal format în jurul izvoarele termale și gheizere .
Unele roci silicioase sunt de origine biologică, cum ar fi radiolaritele și diatomitele , cum ar fi kieselguhr , formate prin diageneză din scheletele miriadelor de radiolari , frustule de diatomee , bureți silicioși și chiar teques de amoebe testaceae . Altele, cum ar fi silexul și gresia , sunt roci sedimentare mai mult sau mai puțin cristaline , silexul fiind în general calificat drept criptocristalin deoarece cristalele sale de cuarț sunt mici și dispuse într-un mod dezordonat.
Silica amorfă se formează și din silice cristalină topită și răcită rapid. Astfel , se găsește în diverse roci vulcanice , cum ar fi obsidian și tachylite , sau provocat de impact de cratere de impact , cum ar fi tektites . O varietate specială de astfel de roci este formată din soluri silicioase lovite de fulgere : fulgurite și lechateliérite .
Cele Plantele produc phytolith unele care constau din bioxid de siliciu. În măsura în care phytoliths bogate în dioxid de siliciu 2, Care promovează uzura și lacrimă a dinților și mandibule , se găsesc în special în ierburi consumate ca pășune ( ierburi ) prin diferite ierbivore variind de la insecte la copitate , se crede a fi un mecanism de apărare dezvoltat de aceste plante pentru a limita consumul lor. Siliceul se găsește și în cenușa de coji de orez , care poate fi utilizată la filtrare și la fabricarea cimenturilor .
SiO 2geometrie moleculară până la liniară moleculară O = Si = O este produsă atunci când monoxidul de siliciu SiO este condensat într-o matrice de argon criogenică răcită cu heliu lichid în prezența atomilor de oxigen eliberați prin descărcarea cu microunde. Dimeric dioxid de siliciu (SiO 2 ) 2a fost obținut prin reacția moleculelor de oxigen O 2cu monoxid de siliciu dimeric (SiO) 2. Dioxidul de siliciu dimeric are doi atomi de oxigen de punte între atomii de siliciu cu un unghi Si-O-Si de 94 ° și o lungime a legăturii de 164,6 µm , în timp ce legătura terminală Si-O este de 150,2 µm .
În stare lichidă, dioxidul de siliciu prezintă anumite proprietăți similare cu cele ale apei, cum ar fi un coeficient negativ de expansiune termică , o densitate maximă în jur de 5000 ° C , precum și o capacitate termică minimă . Densitatea scade de la 2,08 g · cm -3 până la 1 950 ° C până la 2,03 g · cm -3 până la 2200 de ° C .
Solubilitatea dioxidului de siliciu în apă este foarte dependentă de forma sa cristalină. Este mult mai mare pentru silice amorf decât pentru cuarț - 120 și 10 mg · L -1 la 25 ° C, respectiv - și este maximă la 340 ° C cu 1660 mg · kg -1 la presiunea de vapori saturată ; această proprietate este profitată de a crește cristale unice de cuarț printr-un proces hidrotermal în care cuarțul natural este dizolvat în apă supraîncălzită într-un vas sub presiune care este răcit de sus: cristale de 0,5 până la 1 kg pe o perioadă de una până la două luni. Astfel de cristale de cuarț foarte pure pot fi utilizate pentru aplicații electronice. Solubilitatea SiO 2este chiar mai mare în apa supercritică , ajungând la 20% la 500 ° C și 1000 bari.
SiO 2dizolvat în apă formează un acid silicic H 4 SiO 4, care este un acid slab , cu maxim 120 mg · L -1 la 25 ° C în apă purificată . Această valoare crește cu temperatura, presiunea, dar , de asemenea, pH - ul , la bază soluțiile promovează într - adevăr , formarea SiO 4 silicat de ioni. 4– . Acidul silicic formează suspensii coloidale în apă, conferindu-i o anumită opacitate. Acesta este cazul în apa gheizerelor , ca cea a Geysirului din Islanda . Pentru o concentrație dată de silice coloidală, culoarea albastră este cu atât mai intensă cu cât apa este mai rece, solubilitatea acidului silicic fiind mai mică.
Dioxidul de siliciu poate da siliciu prin reacție carbotermală în cuptoare cu arc la mai mult de 2000 ° C, în funcție de reacție:
SiO 2+ 2 C ⟶ Si + 2 CO .Fluor F 2reacționează cu dioxid de siliciu pentru a forma tetrafluorură de siliciu SiF 4prin eliberarea de oxigen O 2, în timp ce ceilalți halogeni ( clor Cl 2, brom Br 2și iod I 2) nu reacționați cu el.
Dioxidul de siliciu este atacat de acidul fluorhidric HF pentru a da acid hexafluorosilicic H 2 SiF 6, Reacția utilizată în special în semiconductor industria la etch sau elimina straturi subțiri de SiO 2 :
SiO 2 (s)+ 6 HF (aq) ⟶ H 2 SiF 6 (aq)+ 2 H 2 O.Dioxidul de siliciu este un oxid acid în sensul Lux-Flood, care reacționează cu oxizii bazici pentru a da silicați , de exemplu sub formă de ioni de metasilicat SiO 32– , analog ionului carbonat CO 32– și SiO 4 ortosilicat4– . Astfel, oxidul de calciu CaO reacționează cu dioxidul de siliciu și dă silicați de calciu , de exemplu wollastonit CaSiO 3 :
CaO + SiO 2⟶ CaSiO 3.Prezența omniprezentă a silicaților printre minerale face din siliciu al doilea element chimic cel mai abundent din scoarța terestră , după oxigen .
Dioxidul de siliciu este dizolvat în fierbinte concentrat în baze sau hidroxizi ai metalelor alcaline topite, după cum se arată în exemplul acestei ecuații idealizate:
SiO 2+ 2 NaOH ⟶ Na 2 SiO 3+ H 2 O.Dioxidul de siliciu neutralizează oxizii metalici bazici, cum ar fi oxidul de sodiu Na 2 O, Potasiu oxid K 2 O, oxid de plumb (II) PbO sau oxid de zinc ZnO, formând silicați și ochelari pe măsură ce legăturile Si - O - Si sunt rupte treptat. Astfel, reacția oxidului de sodiu și dioxid de siliciu poate produce ortosilicat de sodiu Na 4 SiO 4, Silicat de sodiu Na 2 SiO 3și ochelari , în funcție de proporțiile reactivilor:
2 Na 2 O+ SiO 2⟶ Na 4 SiO 4 ; Na 2 O+ SiO 2⟶ Na 2 SiO 3 ; (0.25-0.8) Na 2 O+ SiO 2⟶ sticlă .Unele dintre aceste pahare sunt de importanță comercială, de exemplu sticla sodă-var (cu carbonat de sodiu Na 2 CO 3și oxid de calciu CaO), sticlă borosilicată (cu carbonat de sodiu Na 2 CO 3și sesquioxid de bor B 2 O 3) și cristal (cu oxid de plumb (II) PbO).
Dioxidul de siliciu reacționează fierbinte cu siliciu pentru a da monoxid de siliciu SiO:
SiO 2+ Si ⟶ 2 SiO .Printre serviciile ecosistemice furnizate de bureții silicioși (și radiolari ) se numără rolul lor în ciclul oceanic al silicei. În timp ce oceanul primește continuu silice de origine terigenă, îngroparea scheletelor silicioase (în special formele insolubile de silice biogenă) joacă un rol major în ciclul geochimic (în) silice oceanică.
S-a crezut mult timp că ciclul marin al Si se afla în echilibru datorită înmormântării scheletelor silicioase de alge (diatomee) sau transformării lor în argilă autigenică (fenomen cunoscut sub denumirea de „meteorizare inversă”, dar s-a demonstrat că ghețarii și apele subterane aduc un surplus de silice în oceanul global.Digestia chimică a probelor de sedimente și examinarea lor microscopică arată că rolul îngropării scheletelor de burete insolubile a fost foarte subestimat în inventarele biogeochimice Bureții silicioși sunt acum considerați a fi prima chiuvetă a silicei marine.
Majoritatea dioxidului de siliciu provine din minerit, inclusiv extracția nisipului și purificarea cuarțului .
Silicea pirogenică se obține ca subproduse procese de cald ca producția de ferosiliciu . Este mai puțin pur decât silica fumurată și nu trebuie confundată cu aceasta, proprietățile sale fizice și aplicațiile sale sunt, de asemenea, diferite.
Silicea pirogenică este o formă de silice în pulbere sau coloidală obținută prin arderea tetraclorură de siliciu MesSiCI 4într - un hidrogen H 2 flacărăO 2 bogat în oxigen :
MesSiCI 4+ 2 H 2+ O 2⟶ SiO 2+ 4 HCI .Silice precipitată este o formă amorfă de dioxid de siliciu obținut prin acidularea soluțiilor de silicat de sodiu Na 2 SiO 3. Formează un precipitat gelatinos, sau silicagel , mai întâi spălat și apoi deshidratat pentru a da siliciu microporos. Ecuația idealizată care implică un trisilicat de sodiu Na 2 Si 3 O 7și acid sulfuric H 2 SO 4 pot fi rezumate după cum urmează:
Na 2 Si 3 O 7+ H 2 SO 4⟶ 3 SiO 2+ Na 2 SO 4+ H 2 O.În ordinea unui milion de tone de silice au fost produse în acest mod în 1999, destinate în principal utilizării în materiale compozite ( anvelope și tălpi pentru pantofi ).
Din straturile subțiri de dioxid de siliciu se dezvoltă spontan pe napolitene de siliciu prin căldură de oxidare , dând un strat foarte subțire de aproximativ 1 nm de oxid nativ. Este posibil să crească straturi de dioxid de siliciu pe siliciu, de exemplu la temperaturi de 600 până la 1200 ° C folosind oxigen (oxidare uscată) sau apă (oxidare umedă):
Si + O 2⟶ SiO 2 ; Si + 2 H 2 O⟶ SiO 2+ 2 H 2.Acest strat de oxid nativ este util în microelectronică deoarece acționează ca un izolator electric cu stabilitate chimică ridicată. Poate proteja siliciul, permite o acumulare de încărcare electrică ( condensator ), poate bloca curentul electric sau chiar regla intensitatea curentului.
Multe procese care duc la dioxid de siliciu pornesc de la compuși organosilici, cum ar fi hexametildisiloxan O [Si (CH 3 ) 3 ] 2(HMDSO) și ortosilicat de tetraetil Si (OEt) 4(TEOS). Astfel, pur și simplu încălzirea TEOS de la 680 la 730 ° C dă dioxid de siliciu:
Dacă (OEt) 4⟶ SiO 2+ 2 OEt 2.La fel, TEOS arde la aproximativ 400 ° C :
Si (OC 2 H 5 ) 4+ 12 O 2⟶ SiO 2+ 10 H 2 O+ 8 CO 2.TEOS este hidrolizat prin procesul sol-gel . Cursul reacției și natura produsului depind de catalizatori , dar ecuația idealizată poate fi scrisă:
Dacă (OEt) 4+ 2 H 2 O⟶ SiO 2+ 4 EtOH.Deoarece dioxidul de siliciu este un compus foarte stabil, acesta apare în timpul multor reacții chimice. Astfel, combustia silan SiH 4dă dioxid de siliciu în același mod ca și arderea metanului CH 4dă dioxid de carbon CO 2 :
SiH 4+ 2 O 2⟶ SiO 2+ 2 H 2 O.Depunerea chimică din vapori ( CVD ) SiO 2pe suprafața cristalelor de silan a fost realizată într - un flux de azot N 2la o temperatură de 200 de acompaniat de 500 de ° C .
Aproximativ 95% din dioxidul de siliciu ( nisip ) produs este consumat în industria construcțiilor , de exemplu pentru producerea betonului de ciment ( ciment Portland ). Dioxidul de siliciu este componenta principală a pieselor turnate cu nisip utilizate pentru realizarea pieselor metalice în aplicații tehnice și în alte tehnologii. Punctul de topire ridicat al silicei este deosebit de util în această utilizare.
Silica cristalizată este utilizată în fracturarea hidraulică a formațiunilor geologice care conțin ulei din rezervoare strânse și gaze de șist .
Silica este principala materie primă utilizată pentru producerea majorității paharelor . Temperatura de tranziție vitroasă de dioxid de siliciu pur este de aproximativ 1 201.85 ° C . Când dioxidul de siliciu topit este răcit rapid, acesta nu cristalizează, ci se solidifică ca un solid amorf, în acest caz un pahar. Absența ordinii la o distanță mare nu implică faptul că materialul este, de asemenea, dezordonat la o scară mai mică și se observă o organizare ordonată în silice amorfă la scări care depășesc cu mult lungimea legăturii Si - O ; acest lucru este , de exemplu , cazul ciclurilor de șase SiO 4 tetraedre.
Majoritatea fibrelor optice pentru telecomunicații sunt fabricate din dioxid de siliciu. Aceasta din urmă este materia primă pentru multe ceramice , cum ar fi teracota , gresie și porțelan .
Dioxidul de siliciu face posibilă obținerea de siliciu pur, printr-un proces care implică o reacție carbotermică într-un cuptor cu arc electric :
SiO 2+ 2 C ⟶ Si + 2 CO .Dioxidul de siliciu este, de asemenea, utilizat pe scară largă în industria microelectronică, unde servește ca strat de pasivare , oxid ( dielectric ) poartă pentru un tranzistor MOSFET sau chiar ca strat antireflexie . Aplicațiile sale sunt similare cu cele ale altor oxizi înrudiți, cum ar fi dioxidul de zirconiu ZrO 2, Dioxid de titan TiO 2sau , de asemenea , hafniu (IV) oxid de HFO 2.
Dioxidul de siliciu este un aditiv (E 551) utilizat în mod obișnuit în industria alimentară , în principal ca agent de fluidizare pentru alimentele sub formă de pulbere sau pentru absorbția umidității în aplicații higroscopice . Se găsește ca agent anti-aglomerare în alimente sub formă de pudră, cum ar fi condimentele și cremele de cafea sub formă de pudră.
Silica coloidală este utilizată ca agent de limpezire în clarificarea și stabilizarea vinurilor , berii și sucurilor de fructe ; numărul său E este E551 .
Dioxidul de siliciu este utilizat în metoda de separare a ADN - ului prin adsorbție pe silice (en) , aplicabilă atât ADN-ului , cât și ARN-ului , datorită capacității SiO 2să se lege de acizii nucleici în prezența haotropelor .
Dioxidul de siliciu este principalul constituent al kieselguhr-ului sau pământului diatomeu , ale cărui proprietăți mecanice speciale sunt utilizate în multe aplicații, variind de la abraziunea din pasta de dinți până la izolația termică prin stabilizare. A nitroglicerinei în bețele dinamitei , funcția de absorbție în așternut pentru pisicile , insecticidele mecanice (în special împotriva gândacilor ), catalizatorii de sprijin în cataliza eterogenă , activarea experimentală a laboratorului de coagulare a sângelui etc.
Silice hidrofobă (in) pot fi utilizate ca defoamer , sau pot fi utilizate pentru a produce apa uscată , o substanță sub formă de pudră fină de culoare albă format din picăturile de apă acoperite cu un strat de nanoparticule de siliciu.
Ingestia de dioxid de siliciu oral este netoxic, cu LD 50 de 5 g / kg . Un studiu din 2008 a concluzionat, după ce a urmat subiecte timp de 15 ani, ca un nivel de SiO 2mai mare în apă pare să reducă riscul de demență ; un adaos de 10 mg / zi de SiO 2 în apa potabilă a fost asociat cu un risc de demență cu 11% mai mic.
Dioxidul de siliciu nu este toxic din punct de vedere chimic, dar praful de silice cristalină ( cuarț și cristobalit , în special) este toxic datorită dimensiunilor mici, durității și inalterabilității, în principal prin inhalare . Chiar și o expunere scurtă poate provoca iritarea ochilor și a sistemului respirator . Particulele mai fine pot fi inhalate și ajung în cele mai adânci părți ale plămânilor ( alveole ). Aceste particule nu sunt eliminate de corp și pot duce la leziuni pulmonare grave, cum ar fi silicoza ( pneumoconioză fibroasă). Acestea pot activa inflammasomul NLRP3 al macrofagelor și celulelor dendritice și, astfel, pot duce la producerea de interleukină , o citokină puternic pro-inflamatorie a sistemului imunitar . De asemenea, promovează apariția cancerului pulmonar . O singură expunere la doze mari poate provoca efecte durabile și iremediabile, prin urmare prevenirea riscurilor este esențială (protecție personală, lupta împotriva contaminării aerului, izolare). Inhalarea unor astfel de particule în cantități mari, de exemplu la locul de muncă, crește riscul de a dezvolta boli autoimune, cum ar fi lupusul eritematos sistemic și artrita reumatoidă .
Praful de silice amorf nu prezintă acest grad de toxicitate deoarece are o biopersistență redusă (este solubil în fluidele biologice).
Silica este un pericol profesional pentru persoanele care sablează sau lucrează cu produse care conțin silice cristalină sub formă de pulbere. Silica amorfă, cum ar fi silica fumurată , poate induce în unele cazuri leziuni pulmonare ireversibile, dar nu este asociată cu dezvoltarea silicozei . Copiii, astmaticii de toate vârstele, persoanele cu alergii și persoanele în vârstă, toate cu capacitate pulmonară redusă, pot fi afectați mai repede.
Silica cristalină este, de asemenea, un pericol profesional pentru cei care produc piatră pentru blaturi , deoarece procesul de tăiere și instalarea blaturilor de lucru eliberează cantități mari de silice în suspensie în aer. Silica cristalină utilizată în fracturarea hidraulică prezintă, de asemenea, un risc pentru sănătate pentru lucrători.