Діоксид кремнію, молекулярна формула якого SiO₂ або O₂Si, також відомий як кремнезем, кварц або діоксосилан. Це природна сполука, що складається з кремнію та кисню. Основне джерело – пісок.

Основні властивості та форми речовини

Діоксид кремнію – з'єднання, що містить лінійні молекули з трьох атомів, в яких атом кремнію пов'язаний з двома атомами кисню за допомогою ковалентних зв'язків. Його також називають кремнієвою кислотою. Він широко поширений у природі як кварц.

Всі форми діоксиду кремнію – тверді речовини без запаху, які легко з'єднуються з іншими елементами, утворюючи силікати. Зважені в повітрі частинки діоксиду кремнію утворюють пил, який не є вибухонебезпечним.

Фізико-хімічні властивості діоксиду кремнію (SiO₂)

  • молекулярна вага: 60,08 г/моль
  • відсутній запах
  • температура плавлення – 1610 °C
  • температура кипіння – 2230 °C при тиску 1013 гПа
  • малорозчинний
  • рівень pH – 3,7–4,7
  • насипна щільність – 200–1430 кг/м³
  • відносна щільність – 2,56 г/см³
  • не застосовується для неорганічних речовин

Основні кристалічні форми кремнезему:

  • кварц
  • тридиміт
  • кристобаліт

Діоксид кремнію видобувається з корисних копалин, у тому числі піску, а також шляхом очищення кварцу. Кремнезем буває безбарвним, без запаху та смаку, представлений у вигляді кристалів чи порошку білого чи прозорого кольору. Він не розчиняється у воді та етанолі. Це стійкий до термічного та хімічного впливу матеріал, який використовується для захисту та ізоляції.

Класифікація речовини за структурою:

  • Кристалічний діоксид кремнію – атоми кремнію та кисню організовані в упорядковані структури, такі як куби або ромбоедри.
  • Аморфний діоксид кремнію – атоми розташовуються хаотично без чіткого порядку.
  • Склоподібний діоксид кремнію – з'єднання набуває склоподібної форми і може бути прозорим, напівпрозорим або непрозорим.

Діоксид кремнію може існувати у шести різних кристалічних формах. Найбільш відома з них – кварц, що характеризується упорядкованою структурою. Особливою формою діоксиду кремнію вважається силікагель – це аморфна порошкоподібна форма кремнезему, що має високу адсорбційну здатність. Використовується як осушувач для видалення вологи, газів та запахів, контролю вологості. Застосовується для збереження сухості в упаковках медичних та харчових продуктів, а також наповнювачах для котячих туалетів.

Різні форми кремнезему можуть трансформуватися одна в одну під впливом високих температур і тиску.

Біологічна роль діоксиду кремнію

Кремнезем – одне з найскладніших і найпоширеніших сімейств матеріалів. Він входить до складу:

  • Природних мінералів – кварцу, тридиміту, крістобаліту та інших.
  • Живих організмів – фітопланктону. Його скелет складається з кремнезему, грає важливу роль у харчовому ланцюзі океану.
  • Рослин – кремнезем надає жорсткості стеблам, допомагає формувати голки для захисту.
  • Тварин – хоча роль кремнезему менш очевидна, він бере участь у формуванні кісток, зубів та волосся. В організмі людини міститься приблизно 0,5 г кремнезему.

Кремнезем зустрічається в багатьох продуктах харчування, таких як:

  • листові овочі
  • буряк
  • солодкий перець
  • злаки (овес, коричневий рис)

Споживання продуктів із кремнеземом вважається корисним для здоров'я.

Застосування

Діоксид кремнію – це універсальна сполука, що має унікальні властивості, які використовуються в багатьох сферах, від біології та хімії до промисловості та електроніки.

Діоксид кремнію застосовують у:

  • Харчової промисловості – він запобігає комкуваню та забезпечує стабільність сипучих продуктів, використовується як носій ароматизаторів та регулятор в'язкості, а також входить до складу деяких продуктів як загусник.
  • Науці – він використовується для екстракції ДНК та РНК завдяки здатності зв'язуватися з нуклеїновими кислотами.
  • Виробництво – його використовують для виготовлення скла, кераміки, оптичних матеріалів, а також як ізоляційний матеріал у мікросхемах.
  • Поглиначі – силікагель активно використовується для контролю вологості, адсорбції газів та запахів.
  • Мікроелектроніки та будівництва – використовується в конструкційних матеріалах, таких як портландцемент, бетон, розчин та піщаник.
  • Шліфування та полірування скла, каменю та у ливарних формах – тут кремнезем є основним компонентом для виробництва скла, кераміки, карбіду кремнію, феросиліцію та силіконів.
  • Як вогнетривкий матеріал.
  • Ювелірна галузь.
  • Фармацевтичної та косметичної промисловості – як допоміжна речовина у ліках, наприклад, як агент проти піноутворення (у складі симетикону). Кремнезем включається до зубних паст у вигляді гідратованого діоксиду кремнію, виступаючи в ролі абразиву для видалення зубного нальоту, використовується в косметиці як стабілізатор текстури.
  • Виробництво кераміки та скла.
  • Сировина для білої кераміки, включаючи фаянс, керамограніт та фарфор.
  • Для виробництва недорогого натрієво-вапняного скла, яке застосовується у склянках, пляшках та шибках.
  • Ролі освітлювача напоїв (наприклад, у пиві).
  • Виробництво паперу та клею для харчової упаковки.

Його аморфні плівки застосовують у напівпровідниковій промисловості як ізолятори. Діоксид кремнію має мінімальні дефекти на межі з кремнієм, що робить його важливим матеріалом для сучасної електроніки. Однак із розвитком технологій вимоги до якості матеріалу зростають. Висока діелектрична міцність та широка заборонена зона роблять діоксид кремнію чудовим ізолятором.

Він має високу температурну стабільність, витримуючи температуру до 1600°C.

Особливості безпечного використання та зберігання кремнезему

За будь-яких маніпуляцій з ним важливо працювати під витяжною шафою, уникати вдихання речовини чи суміші. З метою безпеки варто негайно замінювати забруднений одяг, використовувати захисні креми для шкіри, а після роботи з речовиною ретельно мити руки та обличчя. Пам'ятайте, що тривале вдихання дрібнодисперсного пилу з кварцової породи призводить до серйозних пошкоджень легень, включаючи силікоз.

Рекомендується носити безпечні окуляри, а також захисний одяг, що запобігає контакту зі шкірою. При утворенні пилу використовуйте засоби захисту органів дихання, з системою фільтрації. Уникайте потрапляння хімікату в каналізацію та водойми. Продукт не є горючим, проте навколишній вогонь може виділяти оксиди кремнію або інші небезпечні пари.

Основні вимоги до процесу зберігання діоксиду кремнію:

  • зберігати у щільно закритій тарі.
  • тримати у сухому, добре вентильованому приміщенні.
  • забезпечити доступ лише для кваліфікованого чи уповноваженого персоналу.

Слід уникати зберігання речовин, які можуть викликати реакції.

Заходи першої допомоги при роботі з діоксидом кремнію

Перше, що потрібно зробити – це надати паспорт безпеки матеріалу лікарю. При вдиханні кремнезему важливо негайно забезпечити доступ потерпілого до свіжого повітря, при різкому погіршенні стану слід звернутися за кваліфікованою допомогою.

При попаданні речовини на шкіру потрібно:

  • Зняти весь забруднений одяг.
  • Промити уражену ділянку великою кількістю води або прийняти душ.
  • Звернутись до лікаря для консультації.

При потраплянні його в очі:

  • Промийте їх великою кількістю води.
  • Зніміть контактні лінзи, якщо вони є, і це легко зробити.
  • Викличте офтальмолога для подальшого обстеження.

При ковтанні:

  • Дайте потерпілому випити води (не більше двох склянок).
  • Негайно зверніться за медичною допомогою.