OXIT SILIC (SIO2): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG, THU ĐƯỢC - VẬT LÝ - 2026

Các oxit silic là một rắn vô cơ hình thành bởi liên kết của một nguyên tử silicon và hai oxy. Công thức hóa học của nó là SiO ₂ . Hợp chất tự nhiên này còn được gọi là silica hoặc silicon dioxide.

SiO ₂ là khoáng chất phong phú nhất trong vỏ trái đất, vì cát được cấu tạo từ silica. Tùy thuộc vào cấu trúc của nó, silica có thể ở dạng tinh thể hoặc vô định hình. Nó không hòa tan trong nước, nhưng hòa tan trong kiềm và axit flohydric HF.

Cát là nguồn cung cấp silic điôxít SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Nguồn: Wikimedia Commons.

SiO ₂ cũng có trong cấu trúc của một số loài thực vật, vi khuẩn và nấm. Ngoài ra trong bộ xương của các sinh vật biển. Ngoài cát, cũng có nhiều loại đá khác được làm bằng silica.

Silica được sử dụng rộng rãi, đáp ứng nhiều chức năng khác nhau. Việc sử dụng rộng rãi nhất là làm vật liệu lọc cho chất lỏng như dầu và các sản phẩm dầu mỏ, đồ uống như bia và rượu, cũng như nước trái cây.

Nhưng nó có nhiều ứng dụng khác. Một trong những công dụng hữu ích và quan trọng nhất là trong việc sản xuất kính hoạt tính sinh học, giúp tạo ra “giá đỡ” nơi các tế bào xương phát triển để tạo ra các mảnh xương bị thiếu do tai nạn hoặc bệnh tật.

Kết cấu

Silicon dioxide SiO ₂ là một phân tử ba nguyên tử, trong đó nguyên tử silicon được liên kết với hai nguyên tử oxy liên kết cộng hóa trị.

Cấu trúc hóa học của phân tử SiO ₂ . Grasso Luigi. Nguồn: Wikimedia Commons.

Đơn vị cấu trúc của silica rắn như vậy là một tứ diện trong đó một nguyên tử silicon được bao quanh bởi 4 nguyên tử oxy.

Đơn vị cấu tạo của silica rắn: xám = silic, đỏ = oxy. 27. Nguồn: Wikimedia Commons.

Các tứ diện liên kết với nhau bằng cách chia sẻ các nguyên tử oxy từ các đỉnh kề nhau của chúng.

Đó là lý do tại sao một nguyên tử silicon chia đôi mỗi nguyên tử trong số 4 nguyên tử oxy và điều này giải thích mối quan hệ trong hợp chất của 1 nguyên tử silicon với 2 nguyên tử oxy (SiO ₂ ).

Các tứ diện chia sẻ oxy trong SiO ₂ . 27. Nguồn: Wikimedia Commons.

Hợp chất SiO ₂ được chia thành hai nhóm: silica tinh thể và silica vô định hình.

Các hợp chất silica tinh thể có cấu trúc mô hình lặp lại của silic và oxy.

Silica kết tinh có các đơn vị lặp lại. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Nguồn: Wikimedia Commons.

Tất cả các tinh thể silica có thể được coi là một phân tử khổng lồ trong đó mạng tinh thể rất bền. Các tứ diện có thể được liên kết theo nhiều cách khác nhau, tạo ra các dạng tinh thể khác nhau.

Trong silica vô định hình, các cấu trúc được gắn một cách ngẫu nhiên, không theo một khuôn mẫu đều đặn xác định giữa các phân tử và chúng có mối quan hệ không gian khác nhau với nhau.

Trong silica vô định hình, các liên kết không lặp lại hoặc đồng nhất. Silica.svg: * Silica.jpg: vi: Người dùng: Đã viết tắt tác phẩm phái sinh: Matt. Nguồn: Wikimedia Commons.

Danh pháp

-Silicon oxit

-Silicon đioxit

-Silica

-Quartz

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilane

Tính chất

Tình trạng thể chất

Chất rắn không màu đến xám.

Mẫu SiO ₂ nguyên chất. LHcheM. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trọng lượng phân tử

60,084 g / mol

Độ nóng chảy

1713 ºC

Điểm sôi

2230 ºC

Tỉ trọng

2,17-2,32 g / cm ³

Độ hòa tan

Không tan trong nước. Silica vô định hình có thể hòa tan trong kiềm, đặc biệt nếu nó được phân chia mịn. Hòa tan trong axit flohydric HF.

Silica vô định hình ít hút nước hơn, tức là ít liên quan đến nước hơn dạng tinh thể.

Tính chất hóa học

SiO ₂ hay silica về bản chất là trơ với hầu hết các chất, nó rất ít phản ứng.

Chống lại sự tấn công từ clo Cl ₂ , brom Br ₂ , hydro H ₂ và hầu hết các axit ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn một chút. Nó bị tấn công bởi flo F ₂ , axit flohydric HF và bởi các chất kiềm như natri cacbonat Na ₂ CO ₃ .

SiO ₂ có thể kết hợp với các nguyên tố kim loại và oxit để tạo thành silicat. Nếu silica được nấu chảy với cacbonat kim loại kiềm ở khoảng 1300 ° C, silicat kiềm sẽ thu được và CO ₂ được hình thành .

Nó không dễ bắt lửa. Nó có độ dẫn nhiệt thấp.

Hiện diện trong tự nhiên

Nguồn silica chính trong tự nhiên là cát.

SiO ₂ hay silica ở dạng ba dạng tinh thể: thạch anh (ổn định nhất), tridymit và cristobalit. Các dạng silica vô định hình là mã não, jasper và mã não. Opal là một silica ngậm nước vô định hình.

Ngoài ra còn có cái gọi là silica sinh học, tức là, được tạo ra bởi các sinh vật sống. Nguồn cung cấp loại silica này là vi khuẩn, nấm, tảo cát, bọt biển và thực vật.

Các phần cứng, sáng bóng của tre và rơm chứa silica, và bộ xương của một số sinh vật biển cũng có tỷ lệ silica cao; tuy nhiên, quan trọng nhất là đất tảo cát.

Đất tảo cát là sản phẩm địa chất của các sinh vật đơn bào đã phân hủy (tảo).

Các loại silica tự nhiên khác

Trong tự nhiên còn có các giống sau:

- Silicas thủy tinh là kính núi lửa

- Lechaterielites là thủy tinh tự nhiên được tạo ra từ sự hợp nhất của vật liệu silic dưới tác động của thiên thạch

- Silica nung chảy là silica được làm nóng đến pha lỏng và được làm lạnh mà không để nó kết tinh

Thu được

Silica từ cát được lấy trực tiếp từ các mỏ đá.

Mỏ cát ở California. Phào kem phồng. Nguồn: Wikimedia Commons.

Đất diatomit hoặc đất tảo cát cũng được lấy theo cách này, sử dụng máy đào và các thiết bị tương tự.

Silica vô định hình được điều chế bắt đầu từ dung dịch nước của silicat kim loại kiềm (chẳng hạn như natri Na) bằng cách trung hòa với axit, chẳng hạn như axit sunfuric H ₂ SO ₄ , axit clohydric HCl hoặc khí cacbonic CO ₂ .

Nếu pH cuối cùng của dung dịch là trung tính hoặc kiềm, silica kết tủa sẽ thu được. Nếu pH có tính axit thì thu được silica gel.

Silica bốc khói được điều chế bằng cách đốt cháy một hợp chất silic dễ bay hơi, thường là silic tetraclorua SiCl ₄ . Silica kết tủa thu được từ dung dịch nước chứa silicat mà axit được thêm vào.

Keo silica là sự phân tán ổn định của các hạt kích thước keo của silica vô định hình trong dung dịch nước.

Các ứng dụng

Trong các ứng dụng khác nhau

Silica hoặc SiO ₂ có nhiều chức năng khác nhau, ví dụ như nó được dùng như một chất mài mòn, hấp thụ, chống đóng cục, chất độn, chất làm mờ và để thúc đẩy sự đình chỉ của các chất khác, trong số nhiều cách sử dụng khác.

Nó được sử dụng cho ví dụ:

-Trong sản xuất thủy tinh, gốm sứ, vật liệu chịu lửa, chất mài mòn và thủy tinh nước

- Tẩy màu và làm sạch dầu và các sản phẩm dầu mỏ

-Trong khuôn đúc

-Là chất chống đóng cục cho bột các loại

-Là defoamer

- Lọc các chất lỏng như dung môi giặt khô, nước bể bơi, nước thải đô thị và công nghiệp

-Trong sản xuất vật liệu cách nhiệt, gạch chống cháy và vật liệu đóng gói chịu lửa và axit

-Là chất độn trong sản xuất giấy và bìa cứng, để làm cho chúng bền hơn

-Là chất độn cho sơn để cải thiện độ chảy và màu sắc của chúng

-Trong vật liệu đánh bóng kim loại và gỗ, vì nó truyền độ mài mòn

-Trong các phòng thí nghiệm phân tích hóa học trong sắc ký và như một chất hấp thụ

-Là chất chống đóng cục trong công thức diệt côn trùng và hóa chất nông nghiệp, giúp nghiền thuốc trừ sâu dạng sáp và là chất mang hợp chất hoạt tính

-Là chất xúc tác hỗ trợ

-Là chất độn để gia cố cao su tổng hợp và cao su

-Là chất vận chuyển chất lỏng trong thức ăn chăn nuôi

-Trong mực in

-Là chất hút ẩm và chất hấp phụ, ở dạng silica gel

-Là phụ gia trong xi măng

-Giống như cát

-Trong chất cách điện cho vi điện tử

-Trên công tắc quang nhiệt

Gel silica. KENPEI. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm

Silica vô định hình được đưa vào nhiều loại sản phẩm thực phẩm như một thành phần trực tiếp đa chức năng trong các loại thực phẩm khác nhau. Nó không được vượt quá 2% của thực phẩm thành phẩm.

Ví dụ, nó được dùng như một chất chống đóng cục (để ngăn một số thực phẩm bị dính), như một chất ổn định trong sản xuất bia, như một chất chống kết tủa, để lọc rượu, bia và nước ép trái cây hoặc rau quả.

Thiết bị lọc rượu bằng đất tảo cát (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nó hoạt động như một chất hấp thụ chất lỏng trong một số thực phẩm và một thành phần của vi nang để tạo hương liệu cho dầu.

Ngoài ra, SiO ₂ vô định hình được áp dụng thông qua một quy trình đặc biệt trên bề mặt nhựa của các sản phẩm đóng gói thực phẩm, hoạt động như một rào cản.

Trong ngành dược phẩm

Nó được thêm vào như một chất chống đóng cục, làm đặc, tạo keo và như một tá dược, tức là, như một chất hỗ trợ tạo viên cho các loại thuốc và vitamin khác nhau.

Trong ngành mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân

Nó được sử dụng trong vô số sản phẩm: trong phấn phủ mặt, phấn mắt, kẻ mắt, son môi, phấn má hồng, chất tẩy trang, phấn phủ, phấn phủ chân, thuốc nhuộm tóc và thuốc tẩy.

Ngoài ra còn có trong dầu và muối tắm, sữa tắm tạo bọt, kem dưỡng da tay và cơ thể, kem dưỡng ẩm, chất khử mùi, kem mặt hoặc mặt nạ (trừ kem cạo râu), nước hoa, kem dưỡng da và kem làm sạch.

Ngoài ra còn có trong kem dưỡng ẩm ban đêm, sơn và sơn móng tay, kem dưỡng làm mới da, toner dưỡng tóc, kem đánh răng, dầu dưỡng tóc, gel và kem làm rám nắng.

Trong các ứng dụng điều trị

SiO ₂ có trong kính hoạt tính sinh học hoặc kính sinh học có đặc tính chính là chúng có thể phản ứng hóa học với môi trường sinh học xung quanh chúng, tạo thành một liên kết bền vững và lâu dài với các mô sống.

Loại vật liệu này được sử dụng để làm các sản phẩm thay thế xương, chẳng hạn như ở mặt, làm "giàn giáo" để các tế bào xương sẽ phát triển. Chúng đã cho thấy khả năng tương thích sinh học tốt với cả xương và mô mềm.

Những chiếc kính sinh học này sẽ giúp phục hồi xương trên khuôn mặt của những người bị mất do tai nạn hoặc bệnh tật.

Rủi ro

Các hạt silica rất mịn có thể bay vào không khí và tạo thành bụi không nổ. Nhưng bụi này có thể gây kích ứng da và mắt. Hít phải nó gây kích ứng đường hô hấp.

Ngoài ra, hít phải bụi silica gây ra tổn thương tiến triển lâu dài cho phổi, được gọi là bệnh bụi phổi silic.

Người giới thiệu

1. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ. (2019). Silic đioxit. Đã khôi phục từ pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. Ấn bản thứ tư. John Wiley và các con trai.
3. Da Silva, MR và cộng sự. (2017). Kỹ thuật chiết xuất xanh. Chất hấp thụ dựa trên silica. Trong Hóa học Phân tích Toàn diện. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Ylänen, H. (chủ biên). (2018). Kính hoạt tính sinh học: Vật liệu, Thuộc tính và Ứng dụng (Phiên bản thứ hai). Elsevier. Đã khôi phục từ books.google.co.ve.
5. Windholz, M. và cộng sự. (biên tập viên) (1983) Chỉ số Merck. An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. Phiên bản thứ mười. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. và Suni, T. (2015). Bánh xốp SOI màng dày. Trong Sổ tay Vật liệu và Công nghệ MEMS dựa trên Silicon (Tái bản lần thứ hai). Được khôi phục từ sciricalirect.com.
7. Sirleto, L. và cộng sự. (2010). Bộ chuyển mạch quang nhiệt. Tinh thể nano silic. Được khôi phục từ sciricalirect.com.