Виробництво аморфного діоксиду кремнію. Кремній: застосування, хімічні та фізичні властивості

Один із найпоширеніших у природі елементів – це silicium, або кремній. Таке широке розселення свідчить про важливість та значущість цієї речовини. Це швидко зрозуміли та засвоїли люди, які навчилися правильно використовувати у своїх цілях кремній. Застосування його засноване на особливих властивостях, Про які і поговоримо далі.

Кремній – хімічний елемент

Якщо давати характеристику даного елемента за положенням у періодичній системі, можна позначити такі важливі пункти:

Порядковий номер – 14.
Період – третій малий.
Група – IV.
Підгрупа – головна.
Будова зовнішньої електронної оболонки виражається формулою 3s 2 3p 2 .
Елемент кремній позначається хімічним символом Si, який вимовляється як силіціум.
Ступені окислення, які він виявляє: -4; +2; +4.
Валентність атома дорівнює IV.
Атомна маса кремнію дорівнює 28,086.
У природі існує три стійкі ізотопи даного елемента з масовими числами 28, 29 і 30.

Отже, атом кремнію з хімічної погляду - досить вивчений елемент, описано безліч різних його властивостей.

Історія відкриття

Так як у природі дуже популярні і масові за змістом саме різні сполуки аналізованого елемента, з давніх-давен люди використовували і знали про властивості саме багатьох з них. Чистий кремній довгий час залишався за межею знань людини в хімії.

Найбільш популярними сполуками, якими користувалися в побуті та промисловості народи древніх культур (єгиптяни, римляни, китайці, русичі, перси та інші), були дорогоцінні та виробні камені на основі оксиду кремнію. До них відносяться:

опал;
гірський кришталь;
топаз;
хризопраз;
онікс;
халцедон та інші.

Також з давніх-давен прийнято використовувати кварц і в будівельній справі. Однак сам елементарний кремній залишався нерозкритим аж до XIX століття, хоча багато вчених марно намагалися виділити його з різних сполук, використовуючи для цього і каталізатори, і високі температури, і навіть електричний струм. Це такі світлі уми, як:

Карл Шееле;
Гей-Люссак;
Тенар;
Гемфрі Деві;
Антуан Лавуазьє.

Здійснити вдало отримання кремнію у чистому вигляді вдалося Йєнсу Якобсу Берцеліусу у 1823 році. Для цього він проводив досвід зі сплавлення парів фтористого кремнію та металевого калію. В результаті отримав аморфну модифікацію аналізованого елемента. Цим же вченим було запропоновано латинська назвавідкритого атома.

Ще трохи пізніше, в 1855 році, інший вчений - Сент Клер-Девіль - зумів синтезувати інший алотропний різновид - кристалічний кремній. З того часу знання про цей елемент та його властивості стали дуже швидко поповнюватися. Люди зрозуміли, що він має унікальні особливості, які можна дуже грамотно використовувати для задоволення власних потреб. Тому сьогодні один із найбільш затребуваних елементів в електроніці та техніці – це кремній. Застосування його лише розширює свої межі з кожним роком.

Російську назву атому дав учений Гесс у 1831 році. Саме воно і закріпилося до сьогодні.

За поширеністю у природі кремній посідає друге місце після кисню. Його відсоткове співвідношення проти іншими атомами у складі земної кори - 29,5%. Крім того, вуглець і кремній - це два особливі елементи, здатні формувати ланцюги, з'єднуючись один з одним. Саме тому для останнього відомо більше 400 різних природних мінералів, у складі яких він міститься в літосфері, гідросфері та біомасі.

Де саме міститься кремній?

У глибоких шарах ґрунту.
У гірських породах, покладах та масивах.
На дні водойм, особливо морів та океанів.
У рослинах та морських мешканцях царства тварин.
В організмі людини та наземних тварин.

Можна позначити кілька найпоширеніших мінералів та гірських порід, у складі яких у великій кількості є кремній. Хімія їхня така, що масовий вміст чистого елемента в них досягає 75%. Проте конкретна цифра залежить від різновиду матеріалу. Отже, гірські породи та мінерали з вмістом кремнію:

польові шпати;
слюди;
амфіболи;
опали;
халцедони;
силікати;
пісковики;
алюмосилікати;
глини та інші.

Нагромаджуючись у панцирах і зовнішніх кістяках морських тварин, кремній поступово формує потужні поклади кремнезему на дні водойм. Це один із природних джерел даного елемента.

Крім того, було встановлено, що силіціум може існувати у чистому самородному вигляді – у вигляді кристалів. Але такі родовища дуже рідкісні.

Фізичні властивості кремнію

Якщо давати характеристику елемента, що розглядається, по набору фізико-хімічних властивостей, то в першу чергу слід позначити саме фізичні параметри. Ось кілька основних:

Існує у вигляді двох алотропних модифікацій – аморфний та кристалічний, які відрізняються за всіма властивостями.
Кристалічна решітка дуже схожа з такою у алмазу, адже вуглець і кремній щодо цього майже однакові. Однак відстань між атомами різна (у кремнію більше), тому алмаз набагато твердіший і міцніший. Тип грат - кубічна гранецентрована.
Речовина дуже крихка, при високих температурах стає пластичною.
Температура плавлення дорівнює 1415?
Температура кипіння - 3250?
Щільність речовини - 2,33 г/см3.
Колір сполуки – сріблясто-сірий, виражений характерний металевий блиск.
Має хороші напівпровідникові властивості, які здатні варіювати при додаванні тих чи інших агентів.
Не розчиняється у воді, органічних розчинниках та кислотах.
Специфічно розчинний у лугах.

Позначені фізичні властивості кремнію дозволяють людям керувати ним та застосовувати для створення різних виробів. Так, наприклад, на властивості напівпровідності засноване використання чистого кремнію в електроніці.

Хімічні властивості

Хімічні властивості кремнію дуже залежить від умов проведення реакції. Якщо говорити про стандартні параметри, то потрібно позначити дуже низьку активність. Як кристалічний, і аморфний кремній дуже інертні. Чи не взаємодіють ні з сильними окислювачами (крім фтору), ні з сильними відновниками.

Це пов'язано з тим, що на поверхні речовини миттєво формується оксидна плівка SiO 2 яка перешкоджає подальшим взаємодіям. Вона здатна утворитися під впливом води, повітря, пари.

Якщо ж змінити стандартні умови і зробити нагрівання кремнію до температури понад 400?С, то його хімічна активність сильно зросте. У цьому випадку він вступатиме в реакції з:

киснем;
усіма видами галогенів;
воднем.

При подальшому підвищенні температури можливе утворення продуктів при взаємодії з бором, азотом та вуглецем. Особливе значення має карборунд - SiC, оскільки він є добрим абразивним матеріалом.

Також Хімічні властивостікремнію чітко простежуються при реакціях із металами. По відношенню до них він окислювач, тому продукти звуться силіцидів. Відомі подібні сполуки для:

лужних;
лужноземельних;
перехідних металів.

Незвичайними властивостями володіє сполука, що отримується при сплавленні заліза та кремнію. Воно носить назву феросиліцієвої кераміки та успішно застосовується в промисловості.

Зі складними речовинами кремній у взаємодію не вступає, тому з усіх їх різновидів здатний розчинятися лише в:

царській горілці (суміш азотної та соляної кислот);
їдких лугах.

При цьому температура розчину повинна бути не меншою за 60˚С. Все це ще раз підтверджує фізичну основу речовини - алмазоподібні стійкі кристалічні грати, що надає йому міцність та інертність.

Способи отримання

Отримання кремнію в чистому вигляді – процес досить затратний економічно. З іншого боку, з його властивостей будь-який спосіб дає лише з 90-99 % чистий продукт, тоді як домішки як металів і вуглецю залишаються однаково. Тому просто одержати речовину недостатньо. Його треба ще й якісно очистити від сторонніх елементів.

У цілому виробництво кремнію здійснюється двома основними шляхами:

З білого піску, який є чистим оксидом кремнію SiO 2 . При прожарюванні його з активними металами (найчастіше з магнієм) відбувається утворення вільного елемента у вигляді аморфної модифікації. Чистота такого способу висока, продукт виходить із 99,9-відсотковим виходом.
Найбільш поширений спосіб у промислових масштабах - це спікання розплаву піску з коксом у спеціалізованих термічних печах для випалу. Даний метод був розроблений російським вченим Бекетовим Н. Н.

Подальша обробка полягає у піддаванні продуктів методам очищення. Для цього використовуються кислоти чи галогени (хлор, фтор).

Аморфний кремній

Характеристика кремнію буде неповною, якщо не розглянути окремо кожну його аллотропну модифікацію. Перша з них – це аморфна. У такому стані речовина, що розглядається нами, являє собою порошок буро-коричневого кольору, дрібнодисперсний. Має високий ступінь гігроскопічності, виявляє досить високу хімічну активність при нагріванні. У стандартних умовах здатний взаємодіяти лише з найсильнішим окислювачем – фтором.

Називати аморфний кремній саме різновидом кристалічного не зовсім правильно. Його грати показують, що ця речовина - це лише форма дрібнодисперсного кремнію, що існує у вигляді кристалів. Тому як такі ці модифікації - те саме з'єднання.

Однак властивості їх різняться, тому й заведено говорити про алотропію. Сам по собі аморфний кремній має високу світлопоглинальну здатність. Крім того, за певних умов даний показник у рази перевищує подібний до кристалічної форми. Тому його використовують у технічних цілях. У вигляді (порошок) з'єднання легко наноситься на будь-яку поверхню, чи то пластик або скло. Тому такий зручний для використання саме аморфний кремній. Застосування ґрунтується на різних розмірах.

Хоча зношування батарей подібного типу досить швидке, що пов'язано з стиранням тонкої плівки речовини, проте застосування і затребуваність тільки зростає. Адже навіть за короткий термін служби сонячні батареї на основі аморфного кремнію можуть забезпечити енергією цілі підприємства. До того ж виробництво подібної речовини безвідходне, що робить його дуже економним.

Отримують таку модифікацію шляхом відновлення сполук активними металами, наприклад натрієм або магнієм.

Кристалічний кремній

Сріблясто-сіра блискуча модифікація розглянутого елемента. Саме така форма є найпоширенішою та найбільш затребуваною. Це пояснюється набором якісних властивостей, якими володіє ця речовина.

Характеристика кремнію з кристалічною решіткою включає класифікацію його видів, так як їх кілька:

Електронної якості - найчистіший і максимально високоякісний. Саме такий вид використовується в електроніці для створення особливо вразливих приладів.
Сонячної якості. Сама назва визначає область використання. Це також досить високий по чистоті кремній, застосування якого необхідне для створення якісних сонячних батарей, що довго працюють. Фотоелектричні перетворювачі, створені на основі саме кристалічної структури, більш якісні та зносостійкі, ніж ті, що створені з використанням аморфної модифікації шляхом напилення різного типу підкладки.
Технічний кремній. Цей різновид включаються ті зразки речовини, в яких міститься близько 98 % чистого елемента. Решта йде на різного роду домішки:

алюміній;
хлор;
вуглець;
фосфор та інші.

Останній різновид аналізованої речовини використовується з метою отримання полікристалів кремнію. І тому проводяться процеси перекристалізації. Внаслідок цього чистотою виходять такі продукти, які можна відносити до груп сонячної та електронної якості.

За своєю природою полікремній – це проміжний продукт між аморфною модифікацією та кристалічною. З таким варіантом легше працювати, він краще піддається переробці та очищенню фтором та хлором.

Продукти, що виходять в результаті, можна класифікувати так:

мультикремній;
монокристалічний;
профільовані кристали;
кремнієвий скрап;
технічний кремній;
відходи виробництва у вигляді осколків та обрізків речовини.

Кожен з них знаходить застосування у промисловості та використовується людиною повністю. Тому, що стосуються кремнію, вважаються безвідходними. Це значно знижує його економічну вартість, не впливаючи на якість.

Використання чистого кремнію

Виробництво кремнію в промисловості налагоджено досить добре, яке масштаби досить об'ємні. Це з тим, що це елемент, як чистий, і у вигляді різних сполук, поширений і затребуваний у різних галузях науку й техніки.

Де ж використовується кристалічний та аморфний кремній у чистому вигляді?

У металургії як легуюча добавка, здатна змінювати властивості металів та його сплавів. Так, він використовується при виплавці сталі та чавуну.
Різні види речовини йдуть виготовлення більш чистого варіанту - поликремния.
Сполуки кремнію з - це ціла хімічна галузь, яка набула особливої популярності сьогодні. Кремнійорганічні матеріали використовуються в медицині, при виготовленні посуду, інструментів та багато іншого.
Виготовлення різних сонячних батарей. Цей спосіб отримання енергії є одним із найперспективніших у майбутньому. Екологічно чисто, економічно вигідно та зносостійко – основні переваги такого отримання електрики.
Кремній для запальничок використовується вже давно. Ще в давнину люди використовували кремінь для отримання іскри під час розпалу вогню. Цей принцип закладено основою виробництва запальничок різноманітних. Сьогодні зустрічаються види, в яких кремінь замінений на сплав певного складу, що дає ще швидший результат (іскріння).
Електроніка та сонячна енергетика.
Виготовлення дзеркалець у газових лазерних пристроях.

Таким чином, чистий кремній має масу переважних та особливих властивостей, що дозволяють використовувати його для створення важливих та потрібних продуктів.

Застосування сполук кремнію

Крім простої речовини, використовуються різні сполуки кремнію, причому дуже широко. Існує ціла галузь промисловості, яка називається силікатною. Саме вона ґрунтується на використанні різних речовин, до складу яких входить цей дивовижний елемент. Які це сполуки та що з них виробляють?

Кварц, або річковий пісок – SiO 2 . Використовується для виготовлення таких будівельних та декоративних матеріалів, як цемент та скло. Де використовуються ці матеріали всім відомо. Жодне будівництво не обходиться без цих компонентів, що підтверджує важливість сполук кремнію.
Силікатна кераміка, в яку входять такі матеріали, як фаянс, фарфор, цегла та продукти на їх основі. Дані компоненти використовуються в медицині, при виготовленні посуду, декоративних прикрас, предметів побуту, у будівництві та інших побутових сферах діяльності людини.
- силікони, силікагелі, силіконові олії.
Силікатний клей - використовується як канцелярський, у піротехніці та будівництві.

Кремній, ціна на який варіює на світовому ринку, але не перетинає зверху вниз позначку 100 рублів РФ за кілограм (за кристалічний), є затребуваною і цінною речовиною. Природно, що і з'єднання цього елемента так само поширені і застосовні.

Біологічна роль кремнію

З погляду значущості для організму кремній важливий. Його зміст та розподіл за тканинами такий:

0,002% - м'язова;
0,000017% - кісткова;
кров – 3,9 мг/л.

Щодня всередину має потрапляти близько одного грама кремнію, інакше почнуть розвиватися захворювання. Смертельно небезпечних у тому числі немає, проте тривале кремнієве голодування призводить до:

випадання волосся;
появі вугрової висипки та прищів;
крихкості та ламкості кісток;
легкої проникності капілярів;
втоми та головним болям;
появі численних синців та синців.

Для рослин кремній – важливий мікроелемент, необхідний для нормального зростання та розвитку. Досліди на тваринах показали, що краще ростуть ті особини, які щодня споживають достатню кількість кремнію.

Оксид кремнію (IV)

Хімічні властивості

Діоксид кремнію, що таке? Згідно з Вікіпедією, чотиривалентний оксид кремнію входить до складу практично всіх гірських порід. Ця хімічна сполука має вигляд безбарвних кристалів з досить високою температурою плавлення. Формула Діоксиду Кремнію: SiO2. Хімічна формулакремнезему збігається з формулою Діоксиду Кремнію. Температура плавлення – близько 1600 градусів за Цельсієм.

Речовину відносять до групи кислотних оксидів, що є діелектриком, і має кілька поліморфних модифікацій кристалів. Під дією високих температур і тиску речовина перетворюється на коесит та стихошіт, має різні модифікації та форми, кварцин, опал, аутигенний кварц, халцедон; аморфний Діоксид Кремнію – це кварцове скло.

Застосування кремнезему

Речовина внаслідок різноманітності форм, застосовується у різних галузях. Мінерал використовують при виробництві скла, абразивів, виробів з бетону та кераміки; як наповнювач під час виробництва гуми, для отримання кремнію; при виробництві вогнетривких матеріалів; у хроматографії. Кварцові кристали застосовують для запальничок, ультразвукових установок, в радіотехніці. Деякі водорості сприяють накопиченню кремнезему в біосфері та виконують біохімічну функцію. З'єднання також застосовують як емульгатор у харчовій промисловості ( Е551), додають до складу зубної пасти. Застосовують у вигляді ізолятора, при виробництві волоконно-оптичних кабелів використовують у вигляді нагрівального елемента в електронних сигаретах; в ювелірній справі і таке інше. Поширене застосування Діоксиду Кремнію в медицині як допоміжна речовина, харчова добавка або у вигляді ентеросорбенту.

Діоксид кремнію: шкода та користь

Речовина завдати особливої шкоди організму не може, тому що при проникненні в шлунково-кишковий тракт не всмоктується через стінки шлунка та виводиться у незміненому вигляді. Харчова добавка Е 551присутній у багатьох продуктах харчування, в цукрі, сухому молоці та славках, чіпсах, сухариках, алкогольних напоївта кондитерських виробах. При правильному використанні лікарських препаратівшкоди кремнію діоксиду колоїдного також відсутня.

Фармакологічна дія

Адсорбуючий, регенеруючий.

Фармакодинаміка та фармакокінетика

Кремнезем має досить високу абсорбційну здатність. Речовина пов'язує та виводить з організму різні ферменти, ангігени , продукти тканинного розпаду, мікроорганізми та харчові алергени . Речовину активно застосовують для евакуації деяких ліків, води та отрут. Засіб після проникнення в шлунково-кишковий тракт не піддається системній абсорбції, не накопичується в організмі.

При місцевому використанні речовина перешкоджає некротичним змінам тканин, сприяє загоєнню ран.

Показання до застосування

У медицині використовують Кремнія Діоксид колоїдний:

при кишкових інфекціях, харчових токсикоінфекції , алергії ;
при екзогенній та ендогенній інтоксикації ;
у межах комплексного лікування гострих отруєнь;
при алкогольної абстиненції ;
при лікуванні гнійно-запальних захворювань м'яких тканин, абсцесів, гнійних ран, флегмони , мастита .

Протипоказання

Речовина протипоказана для системного використання під час загострення; при ерозії шлунка та непрохідності кишечника. Ліки не наносять на гранулюючі та чисті асептичні рани.

Побічні дії

Кремнезем прийому внутрішньо може викликати , . При місцевому впливі – утворити кірку, яка перешкоджає нормальній аерації рани.

Інструкція із застосування (Спосіб та дозування)

Речовину приймають внутрішньо відповідно до інструкції, яка додається до препарату.

Передозування

При передозуванні у пацієнтів може виникнути і Розлад шлунку . Немає відомостей про випадки передозування речовиною.

Взаємодія

Ліки при пероральному прийомі має здатність знижувати ефективність ліків, що одночасно приймаються всередину. Слід дотримуватись проміжку в одну годину між прийомами інших ліків.

Діоксид кремнію, відомий як харчова добавка під номером Е551, має вигляд кристалічної речовини, що не має кольору. Ця сполука має високий ступінь міцності та твердості. Діоксид виявляє стійкість до впливу кислот, а також не входить у реакцію з водою.

У природі з'єднання можна зустріти у вигляді кварцу, звичайний пісок складається з найдрібніших кварцових зерен. Діоксид у цій формі застосовується у таких галузях і технологіях, де не стоїть умова щодо високого ступеня чистоти матеріалу. Оксид кремнію у вигляді кристалів представлений яшмою, гірським кришталем, агатом, моріоном, аметистом, халцедоном, топазом. На дні океанів утворюється аморфний діоксид кремнію із загиблих водоростей та інфузорій.

Синтетичну речовину одержують через окислення кремнію при температурі близько 500 градусів за Цельсієм в атмосфері кисню.

Харчова добавка Е551 відома також під назвами аеросил, аморфний діоксид кремнію, кремнезем, біла сажа, тонкодисперсний діоксид.

Діоксид кремнію: застосування

Харчовий діоксид кремнію завдяки своїм властивостям знайшов широке розповсюдження як емульгатор і речовина, що перешкоджає спостереженню та комкуванню. Цю добавку можна зустріти у таких групах продуктів:

кисломолочна продукція, найчастіше – у сирах;
приправи, спеції, сушені прянощі;
кондитерські вироби, солодощі;
продукти харчування у вигляді порошку, наприклад, сіль, цукор, борошно;
різноманітні снеки, чіпси, горішки у різних глазурях, закуски до пива, сухарики;
алкогольні напої.

Своє застосування діоксид кремнію знайшов під час виробництва зубних паст, ентеросорбентів, деяких видів ліків.

З'єднання використовується під час виробництва кераміки, скла, абразивів, виробів з бетону, як наповнювач у процесі виробництва гум, для отримання кремнію, під час виробництва кремнеземистих вогнетривів, у сфері хроматографії та ін. Завдяки п'єзоелектричним властивостям, якими володіють кристали речовини, застосування діоксиду кремнію знайшов у ультразвукових установках, а також радіотехніці.

Плівки діоксиду, отримані штучним шляхом, застосовуються як ізолятор під час виробництва мікросхем та інших електронних компонентів. Діоксид у чистому плавленому вигляді у поєднанні з різними спеціальними інгредієнтами застосовується для виробництва волоконно-оптичних кабелів.

Діоксид кремнію: шкода

Харчовий діоксид кремнію, відомий як добавка під номером Е551, зараховується до групи хімічних сполук, які дозволені до використання у виробничих процесах продуктів харчування. Але згідно з застереженнями ряду фахівців, існує і шкода діоксиду кремнію для організму людини, який проявляється у разі взаємодії зі сполукою.

Однак варто зазначити, що шкоду діоксид кремнію може завдати у разі нехтування запобіжними заходами під час роботи з речовиною в чистому вигляді. Наприклад, пил, що утворюється в процесі взаємодії діоксиду з іншими хімічними реагентами, може викликати серйозні подразнення легень та бронхів людини.

У разі вживання сполуки всередину, в постійному стані воно проходить через шлунково-кишковий тракт, а потім природним чином залишає організм. Також зауважимо, що у Франції протягом п'ятнадцяти років проходили дослідження щодо даної добавки, які показали, що у разі вживання води з високим рівнемвмісту діоксиду скорочується ризик розвитку хвороби Альцгеймера на цілих 11%.

Популярні статтіЧитати більше статей

02.12.2013

Усі ми багато ходимо протягом дня. Навіть якщо у нас малорухливий образжиття, ми все одно ходимо – адже у нас немає...

610240 65 Детальніше

10.10.2013

П'ятдесят років для представниць прекрасної статі – це своєрідний рубіж, переступивши який кожна друга...

451130 117 Детальніше

02.12.2013

У наш час біг вже не викликає безліч захоплених відгуків, як це було років тридцять тому. Тоді суспільство б...

356878 41 Детальніше

Діоксид кремнію (silica, Silicon dioxide, кремнезем) - речовина, що складається з безбарвних кристалів, що мають високу міцність, твердість і тугоплавкість. Діоксид кремнію стійкий до дії кислот та не взаємодіє з водою. При підвищенні температури реакції речовина взаємодіє зі лугами, розчиняється в плавиковій кислоті, є чудовим діелектриком.

У природі діоксид кремнію поширений досить широко: кристалічний оксид кремнію представлений такими мінералами як яшма, агат (дрібнокристалічні сполуки двоокису кремнію), гірський кришталь (великі кристали речовини), кварц (вільний двоокис кремнію), халцедон, аметист, моріон, топаз ( діоксиду кремнію).

У звичайних умовах (при природній температурі навколишнього середовища та тиску) існують три кристалічні модифікації діоксиду кремнію - тридиміт, кварц і кристобаліт. При підвищенні температури діоксид кремнію спочатку перетворюється на коесит, а потім - на стиховіт (мінерал, виявлений 1962 року в метеоритному кратері). Згідно з дослідженнями, саме стиховіт – похідна речовина діоксиду кремнію – вистилає значну частину мантії Землі.

Хімічна формула речовини - SiO 2

Одержання діоксиду кремнію

Діоксид кремнію промисловим способом виходить на кварцових заводах, що виробляють чистий кварцовий концентрат, який потім використовується в хімічній та електронній промисловості, у виробництві оптики, наповнювачів для гумових та лакофарбових виробів, виготовленні ювелірних прикрас тощо. Природний діоксид кремнію, який називається кремнеземом, широко застосовується в будівництві (бетон, пісок, звуко- і теплоізолюючі матеріали).

Отримання діоксиду кремнію синтетичним способом здійснюється за допомогою впливу кислот на силікат натрію, в деяких випадках - на інші розчинні силікати або коагуляції методом колоїдного кремнезему під впливом іонів. Крім того, діоксид кремнію одержують шляхом окислення кремнію киснем при температурі близько 500 градусів Цельсія.

Застосування діоксиду кремнію

Кремнійсодержащіе матеріали знайшли широке застосуванняяк у галузі високих технологій, так і в повсякденному житті. Діоксид кремнію використовується у виробництві скла, кераміки, виробів з бетону, абразивних матеріалів, а також у радіотехніці, ультразвукових установках, запальничках тощо. У поєднанні з рядом інгредієнтів діоксид кремнію застосовується у виготовленні волоконно-оптичних кабелів.

Непористий аморфний діоксид кремнію використовується також у харчовій промисловості як добавка, зареєстрована під номером Е551, що перешкоджає комкованню та зстеженню основного продукту. Діоксид кремнію харчової використовується у фармацевтичній промисловості як лікарський препарат-ентеросорбент, у виробництві зубних паст. Речовина зустрічається у складі чіпсів, сухариків, кукурудзяних паличок, розчинної кави тощо.

Шкода діоксиду кремнію

Офіційно підтверджено, що речовина діоксиду кремнію проходить через шлунково-кишковий тракт незмінною, після чого повністю виводиться з організму. Відповідно до 15-річних досліджень французьких фахівців вживання питної водиз високим вмістом харчового діоксиду кремнію знижує ризик розвитку хвороби Альцгеймера на 10%.

Таким чином, інформація про шкоду діоксиду кремнію, що є хімічно інертною речовиною, помилкова: харчова добавка Е551, вживана пероральним шляхом внутрішньо, повністю безпечна для здоров'я.

2. Кремнезем М - аморфний кремнезем, який отримується при опроміненні швидкими нейтронами аморфних або кристалічних різновидів кремнезему. У цьому щільність вихідного аморфного кремнезему підвищується, а кристалічного - знижується. Кремнезем М термічно нестабільний і перетворюється на кварц при витримуванні при 930 °З протягом 16 год. Його щільність становить 2,26 проти значенням 2,20 для кварцового скла чи мікроаморфних різновидів кремнезему . Фактично кремнезем М, отриманий із деяких кристалічних форм, може незначно відрізнятися.

3. Мікроаморфний кремнезем, що включає золі, гелі, порошки та пористі скла, які складаються в основному з первинних частинок розміром менше одного мікрона або з величиною питомої поверхні понад 3 м2/г. (Детальне обговорення мікроаморфного кремнезему дається у розділах 4 та 5.)

Існує думка, що насправді аморфний кремнезем не є аморфним, а складається з упорядкованих мікрообластей або кристалів надзвичайно малих розмірів, які при ретельному дослідженні методом дифракції рентгенівських променів виявляють, мабуть, структуру кристобаліту. Проте при дослідженні звичайними методами дифракції для такого матеріалу виходить на відміну від макроскопічних кристалів лише широка смуга за відсутності мультиплетних піків. Тому в цій монографії подібний кремнезем називатиметься «аморфним».

У природних умовах мікроаморфні типи кремнезему утворюються або в процесі конденсації з парової фази, викинутої при вулканічних виверженнях, або осадженням з пересичених розчинів кремнезему в природних водах та живих організмах. За винятком кремнезему,
осадженого в рослинах або діатомеях, мікроаморфний кремнезем природного походження зазвичай занадто забруднений і не годиться для вивчення розчинності. (Освіта та властивості природного опала обговорюються в гл. 4.)

Мікроаморфний кремнезем, синтезований у лабораторних умовах, можна поділити на три класи:

1. Мікроскопічні різновиди, одержувані внаслідок спеціальних процесів у вигляді листочків, стрічок і волокон.

2. Звичайні аморфні форми, що складаються з елементарних сферичних частинок Si02, за своїм розміром менших 1000 А, поверхня яких утворена або безводного Si02, або з груп SiOH. Такі частинки можуть бути окремими або пов'язаними в тривимірну сітку, як показано на рис. 1.2: а) дискретні або відокремлені частинки, як це має місце у золях; б) пов'язані в ланцюжка тривимірні агрегати з силоксановим зв'язком у точках контакту, як у гелях; в) об'ємні тривимірні агрегати частинок, як це спостерігається в аерогелях, кремнеземі пірогенного походження та деяких диспергованих порошках кремнезему.

3. Гідратований аморфний кремнезем, у структурі якого всі або майже всі атоми кремнію утримують по одній або більше гідроксильної групи. Такий тип полімерної структури утворюється в тому випадку, коли монокремнева кислота або олігокремневі кислоти концентруються і полімеризуються у воді за умови невеликого підкислення розчину і при нормальній або зниженій температурі. В даний час стверджується, що в подібних умовах кремнезем полімеризується до надзвичайно малих сферичних частинок діаметром менше 20-30 А. При концентруванні такі частинки зв'язуються разом у тривимірну масу гелю, утримуючи воду в проміжках між частинками. Розміри таких проміжків близькі до молекулярних, і тому вони здатні утримувати воду до температури 60 °С, вище якої вода може десорбуватися.

За звичайних умов такі структури не зберігаються внаслідок того, що в процесі приготування золів і гелів аж до кінцевого стану системи величина рН не залишається малою, а температура не витримується нижче 60 °С.

Високі значення питомої поверхні та швидкості розчинення аморфного кремнезему дозволяють проводити необхідні реакції при значно нижчих температурах, ніж це потрібно для подрібненого на порошок кристалічного кремнезему. Підвищена хімічна реакційна ...

Для деяких застосувань бажано, щоб поверхня кремнезему чи скла змочувалась водою. Але в той же час повинні бути відсутні різні характерні іонні, гідрофобні або водневі зв'язки, які виникають при адсорбції органічних...

Безсумнівно, що найдавнішими викопними залишками живих організмів є синьо-зелені водорості, виявлені у вигляді включень у шерті (мікрокристалічному кремнеземі), відкриті Баргхорном і Тайлером і надалі вивчені багатьма дослідниками.