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二氧化硅

「硅土」這裡改方向。 為其他使用，看見 硅土(消歧).

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二氧化硅

二氧化硅

其他名字
硅土，石英，沙子

標識符

CAS數字
[7631-86-9]

物產

分子式
SiO2

槽牙大量
60.1

出現
白色粉狀物質
固體(當純淨)

密度
2.2 g/cm ³

熔點

1650年(±75) °C

沸點

2230 °C

可溶性 在 水
0.012 g在100mL

結構

分子形狀
四面體

危險

NFPA 704

0

0

0

R詞組
R42 R43 R49

S詞組
S22 S36 S37 S45 S53

爆發點
不易燃

相關化合物

其他 陰離子
硅硫化物

其他 正離子
二氧化碳
鍺二氧化物
罐子(IV)氧化物
主角(IV)氧化物

相關化合物
硅酸

除了著名否則的地方，數據被給為
材料在他們 標準狀態
(在25 °C， 100 kPa)
Infobox聲明和參考

化合物 二氧化硅亦稱 硅土 或 silox (從 拉丁語 "燧石「)，是 氧化物 硅, 化學式 SiO2和為它的堅硬被知道從第9個世紀[1]. 硅土通常被找到本質上 沙子 或 石英並且在細胞壁 硅藻. 它是多數類型主要成分 玻璃 并且物質例如 具體.

內容

 

製作的形式

硅土被製造以幾形式包括：

用於各種各樣的產品的生產。

  • 低廉 蘇打-石灰玻璃 最是共同性和典型地發現在水杯、瓶和窗口。
  • 原料為許多whiteware陶瓷例如 陶器, 粗陶器 并且 瓷.
  • 原料為生產 波特蘭水泥.
  • A 食品添加劑主要作為流程代理在搽粉的食物，或者吸收水(參見成份列出為)。
  • 增長的自然(「當地人」)氧化物塗層 硅 是巨大地有利的 微電子學. 它是優勝者 電绝緣體擁有的高化工穩定。 在電子應用，它可能保護硅，存放充電，阻攔潮流和甚而作為一條受控路允許小潮流流經設備。 在室溫，然而，它極端慢慢地增長，和，因此製造這樣氧化物層數在硅，傳統方法是硅故意熱化在高溫度熔爐在氧氣之內四周(熱量氧化作用).
  • 原料為 aerogel 在 Stardust航天器
  • 使用在脫氧核糖核酸和RNA的提取由於它的能力束縛對核酸在存在之下 chaotropes.
  • 增加到醫藥 anti-foaming代理像 Simethicone在提高消去活動的一個小比例。
  • 水合的硅土 在牙膏(磨蝕與去匾戰鬥。)

 

健康效應

在非常少量吸入精巧分開的石英塵土(OSHA允許0.1mg/m3)可以隨著時間的過去導致 矽肺, 支氣管炎 或(罕見much more) 癌症，塵土在肺變得寄宿和連續激怒他們，減少肺容量(硅土不隨著時間的過去溶化)。 這個作用可以是職業危險為工作與的人 噴砂清理 設備，包含搽粉的硅土的產品，等等。 但所有年齡的孩子、哮喘患者，過敏受害者和年長的人，所有誰減少了肺容量，在短的時期可以影響。

所有其他方面，二氧化硅是惰性和無害的。 當硅土口頭時被咽下，它未改變地穿過胃腸道，退出在 排匯物留下蹤影後邊。 二氧化硅小片斷是相等地無害的，只要他們不是足够大機械上阻礙GI短文，或者成鋸齒狀足够撕裂它的襯裡。 二氧化硅不生產發煙并且是不能溶解的 體內。 它是難消化的，以零的營養價值和零毒力。

在研究橫跨歐洲(英國或法國)無定形的硅土(aka PDMS)被發現生物惰性的，當咽下和吸入時。 Warheit等發現了在那期間他們的生物分析用試樣所有最小的損傷是反演性的。 在美國糧食與藥物管理局在食品加工和處理發現它是豁免從正常過程和允許。

 

化學

二氧化硅被形成，當硅被暴露在氧氣時(或空氣)。 一非常薄層(大約1 nm 或10 Å當硅被暴露在空氣在四周情況下時)所謂的『當地氧化物』在表面被形成。
更高的溫度和供選擇環境在硅用於生長二氧化硅很好受控層數，例如在溫度600 -1200 °C所謂「烘乾」或「弄濕」氧化作用使用 O2 或H2各自O。[2] 二氧化物替換的硅層數的厚度是44%導致的二氧化硅層數的厚度。[2]
交替法曾經放置SiO層數 2 包括：[3]

  • 低溫氧化作用(LTO) 硅酮
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O (在400-450 °C)
Si (OC2H5)4 → SiO2 + H2O + 2C2H4
  • 血漿使用TEOS提高了化學氣相沉積在近似地400°C
Si (OC2H5)4 + 12O2 → SiO2 + 10H2O + 8CO2

發熱的硅土(有時稱fumed硅土或硅土發煙)，是二氧化硅的一個非常美好的屬於顆粒的形式，通過燒準備 SiCl4 在生產「煙的」氧氣富有的碳氫化合物火焰SiO2:[4]

SiCl4 + 2H2 + O2 → SiO2 + 4HCl

石英在340 °C前後陳列最大水溶性 [5]. 這物產在一個熱液過程中用於生長石英單晶，自然石英在過熱的水中在壓力容器被溶化是涼快在上面。 0.5 -1公斤水晶可以在1-2個月中增長。[6] 這些水晶是非常純淨的石英sourcer用於電子應用。[4]
氟素起反應與二氧化硅對形式SiF4 并且O2 而其他鹵素氣體(分類2增殖比2 I2)欣然起反應較少。[4]

二氧化硅被攻擊 氫氟酸 (HF)生產「hexafluorosilicic酸":[6]

SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O

HF在半導體產業用於取消或仿造二氧化硅。
二氧化硅在熱的被集中的碱或被熔化的氫氧化溶化(即) ：[4]

SiO2 + NaOH → Na2SiO3 + H2O

二氧化硅起反應與基本的金屬氧化物(即。 鈉氧化物, 鉀氧化物, 主角(II)氧化物, 氧化鋅 或混合物氧化物形成 硅酸鹽 并且玻璃作為Si OSi債券在硅土是殘破的連續地。[6] 为例反應 鈉氧化物 并且SiO2 能導致鈉orthosilicate， 硅酸鈉 并且玻璃，根據反應劑的比例：[4]

2Na2O + SiO2 → Na4SiO4
Na2O + SiO2 → Na2SiO3
(0.25 - 0.8) Na2O + SiO2 →玻璃

例子的這樣玻璃有商業意義即。 碱石灰玻璃,硼矽酸鹽玻璃, 鉛玻璃. 在這些玻璃硅土被命名網絡前或格子前。[6]
與硅在高溫氣體 SiO 被生產：[6]

SiO2 + Si → 2SiO (氣體)

 

結構和物產

SiO2 有一定數量的分明水晶形式除無定形的形式之外。 除之外 stishovite 并且纖維狀硫磺，所有水晶形式介入四面體SiO4 單位由共有的端點一起連接了用不同的安排。 硅氧氣鋼筋錨著長度變化區別晶形之間，例如在α石英鋼筋錨著長度是下午161點，而在α鱗石英它在範圍154-171 pm。[6]. Si OSi角度在α鱗石英在β鱗石英也變化在140°之間的低值，由180°決定。 在α石英Si OSi角度是144°。
纖維狀硫磺有一個結構相似於那SiS2 與邊緣分享的SiO鏈子 4 tetrahedra。
Stishovite最高的壓力形式，相反有a 金紅石 像結構，硅是6座標。 密度 stishovite 是4.287 g/cm3與α石英比較，最密集低壓形式，有密度2.648 g/cm3.[4] 在密度上的區別可以把歸咎到在協調的增量，因為六個最短的SiO鋼筋錨著長度在stishovite (下午176點的四個SiO鋼筋錨著長度和二其他下午181點中)大於SiO鋼筋錨著長度(下午161點)在α石英。[7] 在協調上的變化增加SiO債券的ionicity。[8]
注意唯一的穩定的形式在正常情況下是α石英，并且這是水晶二氧化硅通常遇到的形式。[4] 本質上雜質在水晶α石英可能提升顏色[4] (參見 石英 為名單)。

SiO的水晶形式2[6]

形式
空間群
結構特點
筆記

α石英
rhombohedral
(三角)
做單獨單晶光學上激活的螺線鏈子
α石英改變信仰者對β石英在573°C

β石英
六角
接近α石英(以155° Si OSi角度)和光學上激活
β石英改變信仰者對β鱗石英在870°C

α鱗石英
orthorhombic
亞穩的形式在正常壓力下

β鱗石英
六角
接近α鱗石英
β鱗石英改變信仰者對β方英石1470°C

α方英石
四邊形
亞穩的形式在正常壓力下

β方英石
立方體
接近α方英石
融解在1705°C

keatite
四邊形
Si5O10 Si4O14 Si8O16 圓環
從無定形的硅土和碱綜合在高壓

coesite
兩性花
Si4O8 并且Si8O16 圓環
高壓形式(更加高於keatite)

stishovite
四邊形
金紅石喜歡與 6同等的Si
高壓形式(更加高於coesite)和最密集多形體

melanophlogite
立方體
Si5O10 Si6O12 圓環
礦物在間隙植物空間clathrasil總發現了與碳氫化合物[9]

纖維狀
orthorhombic
像 SiS2 包括分享鏈子的邊緣

 

二氧化硅的分子形式

當分子 硅一氧化物SiO在氬矩陣被凝聚冷卻與氦氣與微波放電引起的氧原子一起分子SiO2 被生產有一個線性結構。[10] 和長度的下午161點相比在α石英的SiO鋼筋錨著長度是148.3 pm。 鍵能估計在621.7 kJ/mol。[10]
由兩部分組成的二氧化硅， (SiO2)2 通過起反應O準備了2 與矩陣被隔绝的由兩部分組成 硅一氧化物(Si2O2).[10] 在由兩部分組成的二氧化硅有跨接在硅原子之間的二個氧原子以94° Si OSi角度，并且鋼筋錨著長度的164.6 pm和終端SiO鋼筋錨著長度是148.2pm。[10]

 

筆記

  1. ^ 林恩Townsend白色， Jr。 (Spring 1961)。 「Malmesbury，第十一位世紀飛行員Eilmer ： 技術革新、它的上下文和傳統的專題研究"， 技術和文化 2 (2)，頁。 97-111 [100]。

    "Ibn Firnas 是a polymath: a 醫師一相當壞 詩人做的一个 玻璃 從石頭(石英？)學生 音樂和某一排序的發明者 節拍器."

  2. ^ a b Sunggyu李(2006) 百科全書化工處理 CRC新聞， 國際標準書號0824755634
  3. ^ 羅伯特Doering， Yoshio Nishi (2007)， 半導體製造業技術手冊 CRC新聞， 國際標準書號1574446754
  4. ^ a b c d e f g h 綠樹林， N。 N.; Earnshaw， A。 (1997). 元素的化學第2編輯，牛津：巴特沃思Heinemann。 國際標準書號0-7506-3365-4.
  5. ^ 無定形的硅土的可溶性在水中在高溫和高壓Fournier R.O， Rowe J.J.，美國Mineralogist (1977)， 62日1052-1056
  6. ^ a b c d e f g Egon Wiberg，阿諾德Frederick Holleman (2001) 無機化學 Elsevier 國際標準書號0123526515
  7. ^ 井A.F。 (1984) 結構無機化學 第5編輯牛津科學出版物 國際標準書號0-19-855370-6
  8. ^ 電子密度發行在stishovite， SiO2 ： 一項新的高能同步加速器輻射研究Kirfel A.， Krane H。- G。， Blaha P.， Schwarz K.， Lippmann T.，學報Cryst。 (2001). A57， 663-677 doi:10.1107/S0108767301010698
  9. ^ Rosemarie Szostak (1998)分子篩： 綜合和證明， Springer的原則，國際標準書號0751404802
  10. ^ a b c d 彼得Jutzi， Ulrich Schubert， (2003)， 硅化學： 從原子到延長的系統威里VCH 國際標準書號3527306471

 

參考

 

參見

 

外部鏈接

 

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