SiO2, Кремния (IV) оксид
- Подробности
- Категория: Справочная информация
- Опубликовано 03.01.2019 17:04
- Просмотров: 1081
Диоксид кремния существует в нескольких полиморфных модификациях.
Температуры перехода при нормальном давлении:
α-тридимит → β-тридимит 115°; β-тридимит → γ-тридимит 160°; α-кристобалит → β-кристобалит 270 °С;
α-кварц→ β-кварц 575 °С; кварц → γ-тридимит 867 °С; кварц → кристобалит 927 °С; γ-тридимит → β-кристобалит 1470 °С
Т. пл. кварца 1610°С, γ-тридимита 1680 °С, β-кристобалита 1723°С.
Полиморфные превращения кварца, тридимита и кристобалита сопровождаются изменением объема.
Диоксид кремния - диэлектрик ρ 1012 Ом.м (20°С), 9.10-1 Oм.м (1600°C).
Монокристаллы α-кварца обладают хиральной структурой, что обусловливает их оптическую активность и пьезоэлектрические свойства. Кварц прозрачен для УФ и частично ИК лучей.
Растворимость α-кварца в воде 10-3% по массе (25°C), аморфных форм кремнезема 0,007-0,015% .
Диоксид кремния не растворим в большинстве органических растворителей. Реагирует с фтористоводородной кислотой, образуя кремнефтористоводородную кислоту. При 250-400 °С взаимод. с газообразным HF, F2 (давая SiF4), при 200-250°С - с NH4HF2. В смеси с углем реагирует с Сl2 при нагр., образуя SiCl4.
Аморфный кремнезем медленно растворим в водных растворах щелочей, Na2CO3 (давая силикаты) и NH4F (образуя фторосиликаты), скорость растворения увеличивается при повышении давления и т-ры.
При нагревании смесей порошкообразного диоксида кремния с различными оксидами образуются силикаты, при сплавлении с Na2CO3 и Na2SO4 - водорастворимый силикат натрия.
В производстве используемых в технике материалов на основе диоксида кремния применяют следующие процессы:
- химическое осаждение из газовой фазы при высокотемпературном сжигании SiCl4, предварительно очищенного ректификацией. Частицы диоксида кремния, образующиеся в кислородно-водородном пламени или плазме, осаждаются давая массивные кварцевые стекла или слои заготовок волоконных световодов;
- окисление поверхности монокристаллического кремния с образованием гетероструктур (в произ-ве интегральных схем);
- спекание мелкодисперсного диоксида кремния в кварцевую керамику;
- золь-гель процесс, включающий гидролиз органических соединений кремния, медленную дегидратацию образовавшегося геля и умеренное нагревание. Используется для получения кварцевых и высококремнеземистых стекол;
- получение особо чистого диоксида кремния и пористых стекол (типа "викор") путем термической обработки лидирующего боросиликатного стекла, выщелачивания кислотой и отмывки кремнеземистого каркаса.
Природный кремнезем используют в производстве силикатных стекол, изделий из фарфора и фаянса, абразивов, бетона, силикатного кирпича, динаса, керамики. Синтетический диоксид кремния ("белая сажа") - наполнитель в производстве резин (до 70% производимого диоксида кремния). Преимущественно используют осажденные гидратиратируемые кремнеземы (содержащие 85-95% SiO2) с удельной поверхностью 60-300 м2/г, в меньшей степени - безводные кремнеземы типа аэросила. Аэросил - также адсорбент в хроматографии, загуститель смазочных материалов, клеев, красок.
Монокристаллы кварца применяют в радиотехнике (пьезоэлектрич. стабилизаторы частоты, фильтры, резонаторы и др.), в акустооптике и акустоэлекронике, в оптическом 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.
Синтетический диоксид кремния и горный хрусталь являются сырьем для производства монокристаллов кварца, кварцевого стекла, керамики и кварцевых волокон.
Кварцевое стекло и керамика - конструкционный материал в авиационной промышленности (напр., для обтекателей окон и иллюминаторов летательных аппаратов), в оптике (для входных окон оптических приборов УФ и И К диапазонов), в электронике (линии задержки) и др.
Кварцевая ткань -теплозащитный материал. Кварцевые волокна используют для создания волоконно-оптических (световодных) линий связи и систем передачи информации.
При попадании диоксида кремния в живые ткани медленно развиваются гранулемы. Кремнеземная пыль вызывает раздражение верх. дыхательных путей и бронхов, заболевание желудочно-кишечного тракта, при длительном 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.