SILIZIUMOXID (SIO2): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, GEWINNUNG - KÖRPERLICH - 2025

Das Siliciumoxid ist ein anorganischer Feststoff, der durch Bindung eines Siliciumatoms und zweier Sauerstoffatome gebildet wird. Seine chemische Formel lautet SiO ₂ . Diese natürliche Verbindung wird auch als Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid bezeichnet.

SiO ₂ ist das am häufigsten vorkommende Mineral in der Erdkruste, da Sand aus Kieselsäure besteht. Kieselsäure kann je nach Struktur kristallin oder amorph sein. Es ist in Wasser unlöslich, löst sich jedoch in Laugen und HF-Flusssäure.

Sand ist eine Quelle für Siliziumdioxid SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. Quelle: Wikimedia Commons.

SiO ₂ ist auch in der Struktur bestimmter Pflanzen, Bakterien und Pilze vorhanden. Auch in Skeletten mariner Organismen. Neben Sand gibt es auch andere Arten von Steinen, die aus Kieselsäure bestehen.

Kieselsäure ist weit verbreitet und erfüllt eine Vielzahl von Funktionen. Am weitesten verbreitet ist die Verwendung als Filtermaterial für Flüssigkeiten wie Öle und Erdölprodukte, Getränke wie Bier und Wein sowie Fruchtsäfte.

Aber es hat viele andere Anwendungen. Eines der nützlichsten und wichtigsten ist die Herstellung von bioaktiven Gläsern, mit denen "Gerüste" hergestellt werden können, in denen Knochenzellen wachsen, um durch Zufall oder Krankheit fehlende Knochenstücke zu produzieren.

Struktur

Siliziumdioxid SiO ₂ ist ein Drei-Atom-Molekül, bei dem das Siliziumatom an zwei kovalent gebundene Sauerstoffatome gebunden ist.

Chemische Struktur des SiO ₂ -Moleküls . Grasso Luigi. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Struktureinheit von festem Siliciumdioxid als solchem ​​ist ein Tetraeder, bei dem ein Siliciumatom von 4 Sauerstoffatomen umgeben ist.

Struktureinheit von festem Siliciumdioxid: grau = Silicium, rot = Sauerstoff. Benjah-bmm27. Quelle: Wikimedia Commons.

Tetraeder verbinden sich, indem sie Sauerstoffatome von ihren zusammenhängenden Eckpunkten teilen.

Deshalb teilt ein Siliziumatom jedes der 4 Sauerstoffatome in zwei Hälften und dies erklärt die Beziehung in der Verbindung von 1 Siliziumatom zu 2 Sauerstoffatomen (SiO ₂ ).

Tetraeder teilen sich die Sauerstoffatome in SiO ₂ . Benjah-bmm27. Quelle: Wikimedia Commons.

SiO ₂ -Verbindungen werden in zwei Gruppen unterteilt: kristalline Kieselsäure und amorphe Kieselsäure.

Kristalline Siliciumdioxidverbindungen weisen sich wiederholende Musterstrukturen aus Silicium und Sauerstoff auf.

Kristalline Kieselsäure hat sich wiederholende Einheiten. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Quelle: Wikimedia Commons.

Alle Siliciumdioxidkristalle können als Riesenmoleküle betrachtet werden, bei denen das Kristallgitter sehr stark ist. Tetraeder können auf verschiedene Weise verknüpft werden, wodurch verschiedene kristalline Formen entstehen.

In amorphem Siliciumdioxid sind die Strukturen zufällig gebunden, ohne einem definierten regelmäßigen Muster zwischen den Molekülen zu folgen, und diese stehen in einer unterschiedlichen räumlichen Beziehung zueinander.

In amorphem Siliciumdioxid sind die Bindungen nicht repetitiv oder gleichmäßig. Silica.svg: * Silica.jpg: de: Benutzer: Jdrewittderivative Arbeit: Matt. Quelle: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

-Siliciumoxid

-Siliciumdioxid

-Silica

-Quarz

-Tridimita

-Christobalite

-Dioxosilan

Eigenschaften

Körperlicher Status

Farblos bis grau fest.

Probe von reinem SiO ₂ . LHcheM. Quelle: Wikimedia Commons.

Molekulargewicht

60,084 g / mol

Schmelzpunkt

1713 ºC

Siedepunkt

2230 ºC

Dichte

2,17-2,32 g / cm ³

Löslichkeit

Nicht in Wasser löslich. Amorphes Siliciumdioxid ist in Alkalien löslich, insbesondere wenn es fein verteilt ist. Löslich in Flusssäure HF.

Amorphes Siliciumdioxid ist weniger hydrophil, dh weniger mit Wasser verwandt als kristallin.

Chemische Eigenschaften

SiO ₂ oder Siliciumdioxid ist gegenüber den meisten Substanzen im Wesentlichen inert, es ist sehr wenig reaktiv.

Beständig gegen Angriffe von Chlor Cl ₂ , Brom Br ₂ , Wasserstoff H ₂ und den meisten Säuren bei Raumtemperatur oder etwas höher. Es wird von Fluor F ₂ , Flusssäure HF und Alkalien wie Natriumcarbonat Na ₂ CO ₃ angegriffen .

SiO ₂ kann sich mit metallischen Elementen und Oxiden zu Silikaten verbinden. Wenn Siliciumdioxid mit Alkalimetallcarbonaten bei etwa 1300ºC geschmolzen wird, werden Alkalisilicate erhalten und CO ₂ entwickelt .

Es ist nicht brennbar. Es hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit.

Präsenz in der Natur

Die Hauptquelle für Kieselsäure in der Natur ist Sand.

SiO ₂ oder Siliciumdioxid liegt in Form von drei kristallinen Sorten vor: Quarz (die stabilste), Tridymit und Cristobalit. Amorphe Formen von Kieselsäure sind Achat, Jaspis und Onyx. Opal ist eine amorphe hydratisierte Kieselsäure.

Es gibt auch die sogenannte biogene Kieselsäure, die von lebenden Organismen erzeugt wird. Quellen dieser Art von Kieselsäure sind Bakterien, Pilze, Kieselalgen, Seeschwämme und Pflanzen.

Die glänzenden, harten Teile von Bambus und Stroh enthalten Kieselsäure, und die Skelette einiger Meeresorganismen enthalten ebenfalls einen hohen Anteil an Kieselsäure. Am wichtigsten sind jedoch Kieselgur.

Kieselgur sind geologische Produkte von verfallenen einzelligen Organismen (Algen).

Andere Arten von natürlicher Kieselsäure

In der Natur gibt es auch folgende Sorten:

- Glaskieselsäuren, die vulkanische Gläser sind

- Lechaterielite, natürliche Gläser, die durch Verschmelzen von siliciumhaltigem Material unter dem Einfluss von Meteoriten hergestellt werden

- Quarzglas, das auf die flüssige Phase erhitzt und abgekühlt wird, ohne dass es kristallisiert

Erhalten

Kieselsäure aus Sand wird direkt aus Steinbrüchen gewonnen.

Sandsteinbruch in Kalifornien. Ruff Tuff Windbeutel. Quelle: Wikimedia Commons.

Auf diese Weise wird auch Kieselgur oder Kieselgur unter Verwendung von Baggern und ähnlichen Geräten gewonnen.

Amorphes Siliciumdioxid wird ausgehend von wässrigen Lösungen von Alkalimetallsilicat (wie Natrium-Na) durch Neutralisation mit Säure wie Schwefelsäure H ₂ SO ₄ , Salzsäure HCl oder Kohlendioxid CO _{2 hergestellt} .

Wenn der endgültige pH-Wert der Lösung neutral oder alkalisch ist, wird ausgefälltes Siliciumdioxid erhalten. Wenn der pH-Wert sauer ist, wird Kieselgel erhalten.

Quarzstaub wird durch Verbrennung einer flüchtigen Siliciumverbindung, üblicherweise Siliciumtetrachlorid SiCl _{4, hergestellt} . Ausgefallene Kieselsäure wird aus einer wässrigen Lösung von Silikaten erhalten, zu denen Säure gegeben wird.

Kolloidales Siliciumdioxid ist eine stabile Dispersion von Partikeln mit kolloidaler Größe aus amorphem Siliciumdioxid in einer wässrigen Lösung.

Anwendungen

In verschiedenen Anwendungen

Silica oder SiO ₂ hat eine Vielzahl von Funktionen, zum Beispiel dient es unter anderem als Schleifmittel, Absorptionsmittel, Antibackmittel, Füllstoff, Trübungsmittel und zur Förderung der Suspension anderer Substanzen.

Es wird zum Beispiel verwendet:

-In der Herstellung von Glas, Keramik, feuerfesten Materialien, Schleifmitteln und Wasserglas

-Defärbung und Reinigung von Ölen und Erdölprodukten

-In Gießformen

- Als Antibackmittel für Pulver aller Art

- Als Entschäumer

- Zum Filtern von Flüssigkeiten wie Lösungsmitteln für die chemische Reinigung, Schwimmbadwasser sowie kommunalem und industriellem Abwasser

- Bei der Herstellung von Wärmeisolierungen, feuerhemmenden Ziegeln sowie feuer- und säurebeständigen Verpackungsmaterialien

- Als Füllstoff bei der Herstellung von Papieren und Pappe, um sie widerstandsfähiger zu machen

- Als Füllstoff für Farben, um ihren Fluss und ihre Farbe zu verbessern

-In Materialien zum Polieren von Metallen und Holz, da es Abrasivität verleiht

-In Laboratorien für chemische Analysen in der Chromatographie und als Absorptionsmittel

- Als Antibackmittel in insektiziden und agrochemischen Formeln, zum Mahlen wachsartiger Pestizide und als Träger des Wirkstoffs

-Als Katalysatorträger

- Als Füllstoff zur Verstärkung von synthetischen Kautschuken und Kautschuken

- Als Träger von Flüssigkeiten in Tierfutter

-In Druckfarben

- Als Trockenmittel und Adsorbens in Form von Kieselgel

- Als Zusatzstoff in Zement

-Wie Haustier Sand

-In Isolatoren für die Mikroelektronik

-Auf thermooptischen Schaltern

Kieselgel. KENPEI. Quelle: Wikimedia Commons.

In der Lebensmittelindustrie

Amorphes Siliciumdioxid wird in eine Vielzahl von Lebensmitteln als multifunktionaler direkter Bestandteil in verschiedenen Arten von Lebensmitteln eingearbeitet. Es sollte 2% des fertigen Lebensmittels nicht überschreiten.

Zum Beispiel dient es als Antibackmittel (um das Anhaften bestimmter Lebensmittel zu verhindern), als Stabilisator bei der Bierherstellung, als Ausfällungsmittel, um Wein, Bier sowie Obst- oder Gemüsesäfte zu filtern.

Ausrüstung zum Filtern von Wein mit Kieselgur (SiO ₂ ). Fabio Ingrosso. Quelle: Wikimedia Commons.

Es wirkt als Absorptionsmittel für Flüssigkeiten in einigen Lebensmitteln und als Bestandteil von Mikrokapseln zum Würzen von Ölen.

Zusätzlich wird das amorphe SiO ₂ durch ein spezielles Verfahren auf die Oberfläche der Kunststoffe von Lebensmittelverpackungsartikeln aufgebracht, das als Barriere wirkt.

In der pharmazeutischen Industrie

Es wird als Antiback-, Verdickungs-, Geliermittel und als Hilfsstoff, dh als Tablettierhilfe für verschiedene Medikamente und Vitamine, zugesetzt.

In der Kosmetik- und Körperpflegeindustrie

Es wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet: in Gesichtspudern, Lidschatten, Eyeliner, Lippenstiften, Rouge, Make-up-Entfernern, Pudern, Fußpudern, Haarfärbemitteln und Bleichmitteln.

Auch in Ölen und Badesalzen, Schaumbädern, Hand- und Körpercremes, Feuchtigkeitscremes, Deodorants, Gesichtscremes oder Masken (außer Rasiercremes), Parfums, Lotionen und Reinigungscremes.

Auch in der Nacht feuchtigkeitsspendende Cremes, Nagellacke und Farben, hautfrischende Lotionen, Haartoner, Zahnpasta, Haarspülungen, Bräunungsgele und Cremes.

In therapeutischen Anwendungen

SiO ₂ ist in bioaktiven Gläsern oder Biogläsern enthalten, deren Hauptmerkmal darin besteht, dass sie chemisch mit der sie umgebenden biologischen Umgebung reagieren und eine starke und dauerhafte Bindung mit lebendem Gewebe eingehen können.

Diese Art von Material wird verwendet, um Knochenersatzprodukte wie die im Gesicht als "Gerüste" herzustellen, auf denen Knochenzellen wachsen. Sie haben eine gute Biokompatibilität sowohl mit Knochen als auch mit Weichteilen gezeigt.

Diese Biogläser ermöglichen es, Knochen aus dem Gesicht von Menschen zu gewinnen, die sie durch Unfall oder Krankheit verloren haben.

Risiken

Sehr feine Silikapartikel können in die Luft gelangen und nicht explosive Stäube bilden. Dieser Staub kann jedoch Haut und Augen reizen. Das Einatmen führt zu Reizungen der Atemwege.

Darüber hinaus führt das Einatmen von Quarzstaub zu einer langfristig fortschreitenden Schädigung der Lunge, die als Silikose bezeichnet wird.

Verweise

1. US National Library of Medicine. (2019). Siliciumdioxid. Von pubchem.ncbi.nlm.nih.gov wiederhergestellt.
2. Cotton, F. Albert und Wilkinson, Geoffrey. (1980). Fortgeschrittene Anorganische Chemie. Vierte Edition. John Wiley & Sons.
3. Da Silva, MR et al. (2017). Grüne Extraktionstechniken. Sorbentien auf Silica-Basis. In der umfassenden analytischen Chemie. Von sciencedirect.com wiederhergestellt.
4. Ylänen, H. (Herausgeber). (2018). Bioaktive Gläser: Materialien, Eigenschaften und Anwendungen (2. Auflage). Elsevier. Von books.google.co.ve wiederhergestellt.
5. Windholz, M. et al. (Herausgeber) (1983) The Merck Index. Eine Enzyklopädie der Chemikalien, Drogen und Biologika. Zehnte Ausgabe. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. und Suni, T. (2015). Dickfilm-SOI-Wafer. Im Handbuch für silikonbasierte MEMS-Materialien und -Technologien (2. Auflage). Von sciencedirect.com wiederhergestellt.
7. Sirleto, L. et al. (2010). Thermooptische Schalter. Silizium-Nanokristalle. Von sciencedirect.com wiederhergestellt.