Tlenek krzemu IV - jego odmiany i zastosowania

Tlenek krzemu (IV) nazywany inaczej krzemionką lub diatlenkiem krzemu.
Jest to nieorganiczny związek chemiczny na IV stopniu utlenienia. Ogólny wzór krzemionki to SiO2. Jednak nie oddaje on dobrze jej faktycznej struktury chemicznej. Powierzchnia krzemionki w zależności od pochodzenia zawierać może atomy wodoru, metali alkalicznych, czyli litowców, potasowców, a także grup hydroksylowych, czyli grupa alkoholi i fenoli.

Krzemionka jest bardzo odporna na czynniki chemiczne. Nie reaguje ona z wodą, kwasami, tlenem. Podczas prażenia w wysokiej temperaturze nie rozkłada się. Reaguje ona tylko z kwasem fluorowodorowym.

ODMIANY KRYSTALICZNE KRZEMIONKI
- Pod normalnym ciśnieniem:
Kwarc - który przechodzi w temperaturze 846 K przechodzi w Kwarc - który w temperaturze 1143 K przechodzi w trydymit - który w temperaturze 1743 K przechodzi w krystobalit - który w temperaturze 1983 K ulega stopnieniu.
- Pod wysokim ciśnieniem:
Krystobalit i trydymit

Krzemionka to końcowy produkt bardzo powolnego rozkładu krzemianów pod wpływem wody i dwutlenku węgla. Występuje w przyrodzie w dużych ilościach, jako piasek. Najczęściej zawiera różne zanieczyszczenia. Piasek morski jest prawie czystą krzemionką. Tlenek krzemu tworzy różne minerały w zależności od postaci, w jakiej występuje i zabarwienia tlenu. Kryształy kwarcu mogą być bezbarwne, pięknie wykształcone tak jak np. kryształ górski. Mogą być także zabarwione na kolor fioletowy, są to tzw. Ametysty lub kolor żółty - tzw. Cytryny. Jeżeli występuje w postaci krystalicznej nazywamy go kwarcem. Kwarc to również składnik wielu minerałów: np. opalu, który jest bezpostaciową odmianą kwarcu, chalcedonu, czyli skrytokrystaliczna odmiana kwarcu i agatu - wstęgowej odmiany chalcedonu. Kwarc stanowi główny składnik skał granitu, gnejsu i piaskowca. Krzemionka jest bardzo rozpowszechnionym związkiem w skorupie ziemskiej. W miarę czyste jej postacie stanowią głownie piasek i piaskowiec ok. 12% masy skorupy, natomiast można także uwzględnić wszystkie minerały, w których skład wchodzi krzemionka, jako struktura, to łączna jej zawartość wynosi ok. 50% skorupy ziemskiej.

Właściwości
Szybkie schładzanie ciekłej krzemionki prowadzi do otrzymania krzemionki bezpostaciowej. Składa się ona z kombinacji domen fazy amorficznej. Jest to tzw. Krzemionka topiona. Podczas bardzo wolnego ochładzania zestala się na szkliste, bezpostaciowe ciało stałe, odporne na działanie czynników chemicznych. Szkło kwarcowe ma współczynnik rozszerzalności termicznej, dzięki czemu wykazuje wykazuje bardzo dużą odporność na szybkie zmiany temperatury. Bardzo dobrze przepuszcza promienie nadfioletowe, czyli promienie elektromagnetyczne o długości fal krótszej niż światło widzialne i dłuższej niż promieniowanie rentgenowskie. Substancja stała, bardzo twarda. Dwutlenek topi się w temperaturze 1723oC. Jednak temperaturę można obniżyć dodając tzw. Topniki. Temperatura wrzenia to 22300C. Tak, więc także bardzo wysoka. Krzemionka jest bardzo odporna chemicznie. Nie reaguje z niczym oprócz wrzącego, stężonego roztworu wodnego wodorotlenku potasu i wodorotlenku sodu, stopionego na węglan sodu i potasu, gazu fluorowodorowego oraz stężonego roztworu tego gazu w wodzie zwanego kwasem fluorowodorowym. W wyniku reakcji wodorotlenku sodu i potasu oraz węglanu sodu i potasu powstają odpowiednie sole - krzemiany sodu i potasu, które są rozpuszczalne w wodzie i sprzedawane, jako tzw. Szkło wodne. Diatlenek krzemu ogrzewany do 12500C z krzemem w próżni daje tlenek krzemu. Rozdrobniona krzemionka może być przyczyną pylicy płuc. Bardzo narażeni na tą chorobę są pracownicy piaskowców, kopalń oraz przemysłu, w którym wykorzystywany jest piasek.

Zastosowanie
Krzemionka jest podstawowym składnikiem kilku powszechnie stosowanych minerałów, czyli:
- Szkła,
- Kwarcu,
- Silikażelu, czyli żelu krzemionkowego,
- Aerożelu krzemionkowego
- Całkowicie amorficznej krzemionki topionej.

Kwarc jest stosowany do wyrobu pryzmatów i soczewek przyrządach optycznych. Jest używany także w radiotechnice. W elektronice znalazł zastosowanie, jako izolator. Stopiony kwarc służy do wyrobu naczyń, aparatury laboratoryjnej, a także lamp kwarcowych.

Dwutlenek krzemu w formie piasku stosowany jest do produkcji szkła, szkła wodnego, zaprawy murarskiej, cementu, wyrobów ceramicznych, emalii, form odlewniczych i innych. Jest również surowcem do otrzymywania krzemu i jego stopów. Silikażel jest stosowany, jako środek suszący, katalizator i nośnik katalizatorów. Odmiany dwutlenku krzemu są stosowane do wyrobów jubilerskich, a także do tworzenia przedmiotów ozdobnych: pucharów a nawet do tworzenia kielichów.

Dwutlenek krzemu
Dwuwymiarowa prezentacja struktury krzemionki

Ogólne informacje
Nomenklatura systematyczna (IUPAC):

ditlenek krzemu; tlenek krzemu(IV)
Inne nazwy krzemionka
Wzór sumaryczny SiO2
Masa molowa 60,08 g/mol

Identyfikacja
Numer CAS 7631-86-9
Właściwości

Gęstość i stan skupienia 2,2 g/cm3 ; ciało stałe

Podobne związki
Podobne związki tlenek krzemu, dwutlenek węgla, dwutlenek germanu, azotek krzemu