Кремнезем - це
Діоксид кремнію має кілька поліморфних модифікацій.
Найпоширеніша з них на поверхні землі – α-кварц – кристалізується у тригональній сингонії.
За нормальних умов діоксид кремнію найчастіше знаходиться в поліморфній модифікації -кварцу, яка при температурі вище 573 °C оборотно переходить в -кварц. При подальшому підвищенні температури кварц перетворюється на тридиміт і кристобаліт. Ці поліморфні модифікації стійкі за високих температур і низьких тисків. При високих температурі та тиску діоксид кремнію спочатку перетворюється на коесит, а потім на стихошіт (який вперше був виявлений на місці епіцентру ядерного вибуху). Згідно з деякими дослідженнями стихошит складає значну частину мантії, тому питання про те, який різновид SiO2 найбільш поширений на Землі, поки не має однозначної відповіді.
Також має аморфну модифікацію – кварцове скло.
Хімічні властивості
Діоксид кремнію SiO2 - кислотний оксид, що не реагує з водою.
Хімічно стійкий до дії кислот, але реагує з плавиковою кислотою:
Ці дві реакції широко використовують для травлення скла.
При сплавленні SiO2 з лугами та основними оксидами, а також з карбонатами активних металів утворюються силікати — солі, що не мають постійного складу, дуже слабких, нерозчинних у воді кремнієвих кислот загальної формули xH2O·ySiO2 (досить часто в літературі згадуються не кремнієві кислоти, а кремнієві) хоча фактично мова при цьому йде про одне й те саме).
Наприклад, може бути отриманий ортосилікат натрію:
або змішаний силікат кальцію та натрію:
З силікату Na2O·CaO·6SiO2 виготовляють шибку.
Слід зазначити, більшість силікатів немає постійного складу.З усіх силікатів розчиняються у воді тільки силікати натрію та калію. Розчини цих силікатів у воді називають розчинним склом. Через гідроліз ці розчини характеризуються сильно лужним середовищем. Для гідролізованих силікатів характерним є утворення не істинних, а колоїдних розчинів. При підкисленні розчинів силікатів натрію або калію випадає драглистий білий осад гідратованих кремнієвих кислот.
Головним структурним елементом як твердого діоксиду кремнію, і всіх силікатів виступає група [SiO4/2], у якій атом кремнію Si оточений тетраедром із чотирьох атомів кисню О. У цьому кожен атом кисню з'єднаний із двома атомами кремнію. Фрагменти [SiO4/2] можуть бути пов'язані між собою по-різному. Серед силікатів за характером зв'язку у них фрагментів [SiO4/2] виділяють острівні, ланцюжкові, стрічкові, шаруваті, каркасні та інші.
Синтетичний діоксид кремнію отримують нагріванням кремнію до температури 400-500 ° C в атмосфері кисню, при цьому окислюється кремній до діоксиду SiO2.
У лабораторних умовах синтетичний діоксид кремнію може бути одержаний дією кислот на силікатні солі. Наприклад:
кремнієва кислота відразу розкладається на воду і SiO2, що випадає в осад.
Натуральний діоксид кремнію у вигляді піску використовується там, де не потрібна висока чистота матеріалу.
Застосування
Діоксид кремнію застосовують у виробництві скла, кераміки, абразивів, бетонних виробів, для отримання кремнію, як наповнювач у виробництві гум, при виробництві кремнеземистих вогнетривів, в хроматографії та ін. .
Діоксид кремнію - головний компонент багатьох земних гірських порід,зокрема, кізельгура. З кремнезему та силікатів складається 87% маси літосфери.
Аморфний непористий діоксид кремнію застосовується в харчовій промисловості як допоміжна речовина E551, що перешкоджає злиття та комкування, парафармацевтиці (зубні пасти), у фармацевтичній промисловості як допоміжна речовина (внесений до більшості Фармакопей), а також харчової добавки або лікарського препарату.
Штучно отримані плівки діоксиду кремнію використовуються як ізолятор при виробництві мікросхем та інших електронних компонентів.
Також використовується для виробництва волоконно-оптичних кабелів. Використовується чистий плавлений діоксид кремнію з добавкою деяких спеціальних інгредієнтів.
Пористі кремнеземи
Пористі кремнеземи одержують різними методами.
Силохром одержують шляхом агрегування аеросилу, який, у свою чергу, одержують спалюванням силану (SiH4). Силохром характеризується високою чистотою, низькою механічною міцністю. Характерний розмір питомої поверхні 60-120 м ²/р. Застосовується як сорбент у хроматографії, наповнювачі гум, каталіз.
Силікагель отримують шляхом висушування гелю крем'яної кислоти. У порівнянні з силохромом має меншу чистоту, проте може мати надзвичайно розвинену поверхню: до 320 м²/г.
Кремнієвий аерогель приблизно на 99,8 % складається з повітря може мати щільність до 1,9 кг/м³ (всього в 1,5 рази більше за щільність повітря).