химический каталог




КРЕМНИЯ ДИОКСИД

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

КРЕМНИЯ ДИОКСИД (кремнезем) SiO2, бесцв. кристаллич., аморфное или стеклообразное вещество.
Структура. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. существует в несколько полиморфных модификациях (см. табл.). Температуры перехода при нормальном давлении: a -кварц D b -кварц 575 °С ( D H0 перехода 0,41 кДж/моль), р-кварц D р-кристобалит 927 °С (2,26 кДж/моль), р-кварц D g -тридимит 867 °С (0,50 кДж/моль), a -тридммит D b -тридимит 115°С (0,27 кДж/моль), b -тридимит D g -тридимит 160°С (0,15 кДж/моль), g -тридимит D b -кристобалит 1470 °С (0,21 кДж/моль), a -кристобалит D b -кристобалит 270 °С. Температура плавления р-кварца 1610°С ( D H0пл 8,53 кДж/моль), g -тридимита 1680 °С, b -кристобалита 1723°С ( D H0пл 9,6 кДж/моль). Полиморфные превращаются кварца, тридимита и кристобалита сопровождаются изменением объема. Кристаллическая формы КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. построены из тетраэдров SiO4, a - и b -формы отличаются небольшим смещением и поворотом тетраэдров. Для низкотемпературных тридимитов приводятся данные и для др. кристаллич. модификаций, однако все они в качестве основные структурной единицы содержат b -тридимит, но различно искаженный. Например, описаны триклинный и моноклинный тридимиты. В природе встречается также кубич. модификация SiO2 - меланфлогит ( a = 1,3402 нм, z = 48, пространств. группа Рт3п). При высоких давлениях образуются китит (80-130 МПа, 400-500 °C), коэсит (1,5-4 ГПа, 300-1700 °C), стишовит (16-18 ГПа, 1200-1400 °С). Стишовит - единственная модификация КРЕМНИЯ ДИОКСИД д., построенная из октаэдров SiO6. Устойчивость тридимита, вероятно, определяется примесями Na и Аl. Неустойчивая форма КРЕМНИЯ ДИОКСИДд. - ромбо-дипирамидальный "волокнистый кремнезем". Кроме кристаллических для КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. характерны и др. формы существования. Скрытокристаллич. формы (халцедоны) по структуре аналогичны кварцу. При экстрагировании кислотой катионов из некоторых силикатов получают гидратир. кристаллич, кремнеземы. Они наследуют текстуру исходных минералов, образуя волокнистые, чешуйчатые (лепидоидальныe) и листоподобные слоистые структуры. Известны аморфные анизотропные и изотропные (опал) образования, тонкодисперсный природные кремнезем (трепел, синтетич. коллоидный кремнезем и кремнеземные порошки). Гидратир. аморфный кремнезем, осаждаемый из растворов силиката Na и др., полимеризован до сферич. частиц диаметром менее 100 нм, обычно 2-3 нм. Получен аморфный кремнезем в форме листочков, ленточек и волокон (см. Силикагель). При высоких температурах из газовой фазы выделяются тонкодисперсные порошки пирогенного безводного кремнезема - аэросил и др. О стеклообразном кремнеземе см. Стекло кварцевое.
Свойства. Давление пара КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. 13,3-133 Па вблизи температуры плавления. КРЕМНИЯ ДИОКСИДд. - диэлектрик, r 1012 Ом * м (20°С), 9 * 10 - 1 Oм * м (1600°C). Монокристаллы a -кварца обладают хиральной структурой, что обусловливает их оптический активность и пьезоэлектрич. свойства. Кварц прозрачен для УФ и частично ИК лучей.

* Показатели преломления: Ng - больший, Np - меньший. ** У a - и b -кварца по две пространств. группы, так как для обеих форм возможны левый и правый оптический изомеры. *** b -120°С.

Растворимость a -кварца в воде 10 - 3% по массе (25°C), аморфных форм кремнезема 0,007-0,015% (о водных растворах SiO2 см. Кремниевые кислоты). Растворимость КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. в кислых и щелочных средах определяется природой растворителя. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. не растворим в большинстве органическое растворителей. Реагирует с фтористоводородной кислотой, образуя кремнефтористоводородную кислоту. При 250-400 °С взаимодействие с газообразным HF, F2 (давая SiF4), при 200-250°С - с NH4HF2. В смеси с углем реагирует с Сl2 при нагревании, образуя SiCl4. Аморфный кремнезем медленно растворим в водных растворах щелочей, Na2CO3 (давая силикаты) и NH4F (образуя фторосиликаты), скорость растворения увеличивается при повышении давления и температуры. При нагревании смесей порошкообразного КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. с различные оксидами образуются силикаты, при сплавлении с Na2CO3 и Na2SO4 - водорастворимый натрия силикат (см. также Стекло растворимое).
Распространение в природе. Содержание свободный КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. в земной коре 12%; он входит также в состав горных пород в виде различные силикатов или в виде смесей с другими минералами (граниты). Кварц - один из наиболее распространенных минералов, намного реже встречаются тридимит, кристобалит, лсшательит (природные кварцевое стекло), халцедоны, опалы. Мелкие, различно ориентированные кристаллы кварца образуют "жильный" кварц. При разрушении горных пород возникают кварцевые пески, уплотнение которых приводит к образованию песчаников и кварцитов. Hаиб. чистый кварц - горный хрусталь, кристаллы которого могут достигать несколько метров и весить десятки тонн. Монокристаллы кварца прозрачны, бесцветны (горный хрусталь) или окрашены примесями в фиолетовый (аметист), черный (марион), желтый (цитрин), дымчатый (раух-топаз) цвета. Разновидности скрытокристаллич. формы кварца: розово-красный сердолик, синеватый сапфирин, яблочно-зеленый хризопраз, полосчатые агаты и ониксы, тонко-окрашенная яшма, кремни и роговики. Уиикален аморфный "благородный" опал, состоящий из однородных коллоидных частиц диаметром 0,1-0,3 мкм, плотно упакованных в упорядоченные агломераты; содержание воды в нем менее 1% по массе (для большинства рядовых опалов 4-9%). Прир. месторождения кремнезема образуют также трепел, диатомит и др. Из кремнезема построены панцири диатомовых водорослей, скелеты некоторых губок; он упрочняет стебли растений - хвощей, бамбука, тростника, содержится в соломе. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. ответствен за окремнение форм живых организмов растений. В крови и плазме человека концентрация кремнезема составляет 0,001% по массе.
Получение. Синтетич. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. получают: действием кислот (H2SO4, HCl, СО2) на силикат Na, реже - на др. растворимые силикаты (основные способ производства в капиталистич. странах); из коллоидного кремнезема коагуляцией под действием ионов Na+, NH4, F - или замораживанием; гидролизом SiCl4, SiF4, (NH4)2SiF6, (C2H5O)4Si в водных, водно-аммиачных растворах (иногда с добавлением этанола или органическое оснований) и в газовой фазе. Аморфный КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. получают также из трепела и диатомита, прокаливанием рисовой шелухи, размалыванием плавленого кварцевого песка. Безводные порошки КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. с высокой удельная поверхностью получают химический осаждением из газовой фазы путем сжигания паров SiCl4 в смеси Н2 и О2 (аэросилы, в США - кабосил), окисления и гидролиза паров сложных эфиров Si (пирогенный кремнезем), а также SiF4 (флуосил). Первично конденсируемые частицы КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. диаметром 1 нм плотно упакованы во вторичных конгломератах, объединенных в рыхлую структуру с удельная поверхностью 200-400 м2/г. Монокристаллы a -кварца выращивают из щелочных растворов КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. в автоклавах высокого давления (35-120 МПа) при 300-420 °С (см. Гидротермальные процессы). В производстве используемых в технике материалов на основе КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. применяют следующей процессы:
- химический осаждение из газовой фазы при высокотемпературном сжигании SiCl4, предварительно очищенного ректификацией. Частицы КРЕМНИЯ ДИОКСИД д., образующиеся в кислородно-водородном пламени или плазме, осаждаются давая массивные кварцевые стекла или слои заготовок волоконных световодов;
- окисление поверхности монокристаллич. Si с образованием гетероструктур (в производстве интегральных схем);
- спекание мелкодисперсного КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. в кварцевую керамику (см. также Керамика);
- золь-гель процесс, включающий гидролиз органическое соединение Si, медленную дегидратацию образовавшегося геля и умеренное нагревание. Используется для получения кварцевых и высококремнеземистых стекол;
- получение особо чистого КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. и пористых стекол (типа "викор") путем термодинамически обработки лидирующего боросиликатного стекла, выщелачивания кислотой и отмывки кремнеземистого каркаса.
Прир. кремнезем используют в производстве силикатных стекол, изделий из фарфора и фаянса, абразивов, бетона, силикатного кирпича, динаса, керамики. Синтетич. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. ("белая сажа") - наполнитель в производстве резин (до 70% производимого КРЕМНИЯ ДИОКСИД д.). Преим. используют осажденные гидратир. кремнеземы (содержащие 85-95% SiO2) с удельная поверхностью 60-300 м2/г, в меньшей степени - безводные кремнеземы типа аэросила. Аэросил - также адсорбент в хроматографии, загуститель смазочных материалов, клеев, красоколо Монокристаллы кварца применяют в радиотехнике (пьезоэлектрич. стабилизаторы частоты, фильтры, резонаторы и др.), в акустооптике и акустоэлекронике (см. Акустические материалы), в оптический приборостроении (призмы для спектрографов, монохроматоров, линзы для УФ оптики и др.), в ювелирном деле (прозрачные, красиво окрашенные разновидности - полудрагоценные камни). Силикагели с эффективным диаметром пор 2-15 нм используют как пром. сорбенты и носители катализаторов. Синтетич. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. и горный хрусталь являются сырьем для производства монокристаллов кварца, кварцевого стекла, керамики и кварцевых волокон. Кварцевое стекло и керамика - конструкц. материал в авиац. промышлености (например, для обтекателей окон и иллюминаторов летательных аппаратов), в оптике (для входных окон оптический приборов УФ и И К диапазонов), в электронике (линии задержки) и др. Кварцевая ткань -теплозащитный материал. Кварцевые волокна используют для создания волоконно-оптический (световодных) линий связи и систем передачи информации. Произ-во синтетич. КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. в капиталистич. странах 600-700 тысяч т/год (1980). При попадании КРЕМНИЯ ДИОКСИД д. в живые ткани медленно развиваются гранулемы. Кремнеземная пыль вызывает раздражение верх. дыхат. путей и бронхов, заболевание желудочно-кишечного тракта, при длительного вдыхании - тяжелое заболевание - силикоз легких. ПДК при содержании SiO2 в пыли св. 70% - 1 мг/м3, 10-70% - 2 мг/м3, 2-10% - 4 мг/м3.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
купить букет гортензии краснодар
Самое выгодное предложение от магазина компьютерной техники КНС Нева - Canon i-SENSYS MF628Cw предоставив доставку по Санкт-Петербургу
сковорода томас официальный сайт цены
автономный вентилятор смрт/4-200

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(04.12.2016)