Красота и здоровьеКрасота и здоровьеКрасота и здоровье
<> Главная <> Красота <> Лишний вес <> Здоровье <> Косметолог <> Советы психолога <> Женские секреты <> Разное <>


Аморфный кремнезем применение


Диоксид кремния — Википедия

Запрос «Оксид кремния» перенаправляет сюда; о низшем оксиде кремния см. Моноксид кремния.

Диоксид кремния (кремнезём, SiO2; лат. silica) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления +1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе[2].

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO2·nH2O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоёмах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO2 — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем — в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в кратере Бэрринджера (кратере Аризонского метеорита)[3][4]. Согласно некоторым исследованиям[каким?], стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

SiO2+4HF→SiF4+2h3O{\displaystyle {\mathsf {SiO_{2}+4HF\rightarrow SiF_{4}+2H_{2}O}}}

и плавиковой кислотой:

SiO2+6HF→h3[SiF6]+2h3O{\displaystyle {\mathsf {SiO_{2}+6HF\rightarrow H_{2}[SiF_{6}]+2H_{2}O}}}

Эти две реакции широко используют для плавления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH2O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идёт об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

SiO2+4NaOH→Na4SiO4+2h3O{\displaystyle {\mathsf {SiO_{2}+4NaOH\rightarrow Na_{4}SiO_{4}+2H_{2}O}}}

метасиликат кальция:

SiO2+CaO→CaSiO3{\displaystyle {\mathsf {SiO_{2}+CaO\rightarrow CaSiO_{3}}}}

или смешанный силикат кальция и натрия:

Na2CO3+CaCO3+6SiO2→Na2CaSi6O14+2CO2{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+CaCO_{3}+6SiO_{2}\rightarrow Na_{2}CaSi_{6}O_{14}+2CO_{2}}}}

Из силиката Na2CaSi6O14 (Na2O·CaO·6SiO2) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твёрдого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединён с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

Na2SiO3+2Ch4COOH→2Ch4COONa+h3SiO3↓{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}SiO_{3}+2CH_{3}COOH\rightarrow 2CH_{3}COONa+H_{2}SiO_{3}\downarrow }}}

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, в парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство фармакопей), для стабилизации суспензий и линиментов, в качестве загустителя мазевых основ, наполнителя таблеток и суппозиториев. Он входит в состав композиции пломбировочных материалов, снижает гигроскопичность сухих экстрактов, замедляет выход БАВ из различных лекарственных форм; в качестве пищевых добавок и сорбента, а также матриц для создания лекарственных форм с заданными свойствами — так как нет кристаллической структуры (аморфен) — безопасен[5], а также в качестве пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента Полисорб МП с широким спектром применения с учётом высокой удельной поверхности сорбции (в интервале 300—400 м²) на 1 г основного вещества.

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и другом.
Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Также диоксид кремния нашёл наиболее широкое применение в шинной промышленности, производстве РТИ и пластмасс, химической промышленности, машиностроении, а в ряде конкретных операций:

  • как носитель катализаторов и химических средств защиты растений;
  • в качестве сорбентов и фильтровальных порошков для регенерации нефтепродуктов;
  • как высококачественный флюс в процессах цветной металлургии;
  • как сырьё для производства экологически чистого стекла, стеклотары и хрусталя;
  • как наполнитель в бумагу и картон для получения гигиенически чистых упаковочных материалов для пищевой промышленности;
  • фильтрующие порошки для пива, масел, соков, матирующие добавки в лаки и краски;
  • для получения карбида кремния в машиностроении — керамические двигатели, детали для авиастроительного комплекса;
  • для получения кристаллического кремния в электронной и электротехнической промышленностях, керамические электроизоляторы, стекловолокна, волоконная оптика, супертонкое волокно;
  • для синтеза искусственных цеолитов в нефтехимии — крекинг нефти и прочее.

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (SiH4). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремниевой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: обычно от 300 м²/г до 700 м²/г .

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

При попадании диоксида кремния в ткани организма происходит возникновение и постепенное развитие гранулом. При вдыхании пыли происходит раздражение дыхательных путей, также возникают различные заболевания пищевого тракта. Постоянное воздействие пыли вызывает силикоз лёгких[2].

ru.wikipedia.org

Диоксид Кремния (Кремнезем): формула, вред и польза, применение в медицине

Закрыть
  • Болезни
    • Инфекционные и паразитарные болезни
    • Новообразования
    • Болезни крови и кроветворных органов
    • Болезни эндокринной системы
    • Психические расстройства
    • Болезни нервной системы
    • Болезни глаза
    • Болезни уха
    • Болезни системы кровообращения
    • Болезни органов дыхания
    • Болезни органов пищеварения
    • Болезни кожи
    • Болезни костно-мышечной системы
    • Болезни мочеполовой системы
    • Беременность и роды
    • Болезни плода и новорожденного
    • Врожденные аномалии (пороки развития)
    • Травмы и отравления
  • Симптомы
    • Системы кровообращения и дыхания
    • Система пищеварения и брюшная полость
    • Кожа и подкожная клетчатка
    • Нервная и костно-мышечная системы
    • Мочевая система
    • Восприятие и поведение
    • Речь и голос
    • Общие симптомы и признаки
    • Отклонения от нормы
  • Диеты
    • Снижение веса
    • Лечебные
    • Быстрые
    • Для красоты и здоровья
    • Разгрузочные дни
    • От профессионалов
    • Монодиеты
    • Звездные
    • На кашах
    • Овощные
    • Детокс-диеты
    • Фруктовые
    • Модные
    • Для мужчин
    • Набор веса
    • Вегетарианство
    • Национальные
  • Лекарства
    • Антибиотики
    • Антисептики
    • Биологически активные добавки
    • Витамины
    • Гинекологические
    • Гормональные
    • Дерматологические
    • Диабетические
    • Для глаз
    • Для крови
    • Для нервной системы
    • Для печени
    • Для повышения потенции
    • Для полости рта
    • Для похудения
    • Для суставов
    • Для ушей
    • Желудочно-кишечные
    • Кардиологические
    • Контрацептивы
    • Мочегонные
    • Обезболивающие
    • От аллергии
    • От кашля
    • От насморка
    • Повышение иммунитета
    • Противовирусные
    • Противогрибковые
    • Противомикробные
    • Противоопухолевые
    • Противопаразитарные
    • Противопростудные
    • Сердечно-сосудистые
    • Урологические
    • Другие лекарства
    ДЕЙСТВУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
  • Врачи
  • Клиники
  • Справочник
    • Аллергология
    • Анализы и диагностика
    • Беременность
    • Витамины
    • Вредные привычки
    • Геронтология (Старение)
    • Дерматология
    • Дети
    • Женское здоровье
    • Инфекция
    • Контрацепция
    • Косметология
    • Народная медицина
    • Обзоры заболеваний
    • Обзоры лекарств
    • Ортопедия и травматология
    • Питание
    • Пластическая хирургия
    • Процедуры и операции
    • Психология
    • Роды и послеродовый период
    • Сексология
    • Стоматология
    • Травы и продукты
    • Трихология
    • Другие статьи
  • Словарь терминов
    • [А] Абазия .. Ацидоз
    • [Б] Базофилы .. Богатая тромбоцитами плазма
    • [В] Вазектомия .. Выкидыш
    • [Г] Галлюциногены .. Грязи лечебные
    • [Д] Деацетилазы гистонов .. Дофамин
    • [Ж] Железы .. Жиры
    • [И] Иммунитет .. Искусственная кома
    • [К] Каверна .. Кумарин
    • [Л] Лапароскоп .. Лучевая терапия
    • [М] Макрофаги .. Мутация
    • [Н] Наркоз .. Нистагм
    • [О] Онкоген .. Отек
    • [П] Паллиативная помощь .. Пульс
    • [Р] Реабилитация .. Родинка (невус)
    • [С] Секретин .. Сыворотка крови
    • [Т] Таламус .. Тучные клетки
    • [У] Урсоловая кислота
    • [Ф] Фагоциты .. Фитотерапия
    • [Х] Химиотерапия .. Хоспис
    • [Ц]

medside.ru

Диоксид кремния — получение, применение, вред

Диоксид кремния (silica, Silicon dioxide, кремнезем) - вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладающих высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью. Диоксид кремния устойчив к воздействию кислот и не взаимодействует с водой. При повышении температуры реакции вещество взаимодействует со щелочами, растворяется в плавиковой кислоте, является прекрасным диэлектриком.

В природе диоксид кремния распространен довольно широко: кристаллический оксид кремния представлен такими минералами как яшма, агат (мелкокристаллические соединения двуокиси кремния), горный хрусталь (крупные кристаллы вещества), кварц (свободная двуокись кремния), халцедон, аметист, морион, топаз (окрашенные кристаллы диоксида кремния).

В обычных условиях (при естественной температуре окружающей среды и давлении) существуют три кристаллических модификации диоксида кремния - тридимит, кварц и кристобалит. При повышении температуры диоксид кремния сначала превращается в коэсит, а затем - в стишовит (минерал, обнаруженный в 1962 году в метеоритном кратере). Согласно исследованиям, именно стишовит - производное вещество диоксида кремния - выстилает значительную часть мантии Земли.

Химическая формула вещества - SiO2

Получение диоксида кремния

Диоксид кремния промышленным способом получается на кварцевых заводах, производящих чистый кварцевый концентрат, который затем используется в химической и электронной промышленности, в производстве оптики, наполнителей для резиновых и лакокрасочных изделий, изготовлении ювелирных украшений и т.д. Природный диоксид кремния, иначе называемый кремнеземом, широко применяется в строительстве (бетон, песок, звуко- и теплоизолирующие материалы).

Получение диоксида кремния синтетическим способом осуществляется с помощью воздействия кислот на силикат натрия, в некоторых случаях - на иные растворимые силикаты или методом коагуляции коллоидного кремнезема под воздействием ионов. Кроме того, диоксид кремния получают путем окисления кремния кислородом при температуре около 500 градусов Цельсия.

Применение диоксида кремния

Кремнийсодержащие материалы нашли широкое применение как в области высоких технологий, так и в повседневной жизни. Диоксид кремния используется в производстве стекла, керамики, изделий из бетона, абразивных материалов, а также в радиотехнике, ультразвуковых установках, зажигалках и т.д. В сочетании с рядом ингредиентов диоксид кремния применяется в изготовлении волоконно-оптических кабелей.

Непористый аморфный диоксид кремния используется также в пищевой промышленности в качестве добавки, зарегистрированной под номером Е551, препятствующей комкованию и слеживанию основного продукта. Диоксид кремния пищевой используется в фармацевтической промышленности в качестве лекарственного препарата-энтеросорбента, в производстве зубных паст. Вещество встречается в составе чипсов, сухариков, кукурузных палочек, растворимого кофе и т.д.

Вред диоксида кремния

Официально подтверждено, что вещество диоксида кремния проходит через желудочно-кишечный тракт неизменным, после чего полностью выводится из организма. Согласно 15-летним исследованиям французских специалистов употребление питьевой воды с высоким содержанием пищевого диоксида кремния снижает риски развития болезни Альцгеймера на 10%.

Таким образом, информация о вреде диоксида кремния, являющегося химически инертным веществом, ложна: пищевая добавка Е551, употребляемая внутрь пероральным путем, полностью безопасна для здоровья.

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter.

Знаете ли вы, что:

Кровь человека «бегает» по сосудам под огромным давлением и при нарушении их целостности способна выстрелить на расстояние до 10 метров.

Во время чихания наш организм полностью прекращает работать. Даже сердце останавливается.

Во время работы наш мозг затрачивает количество энергии, равное лампочке мощностью в 10 Ватт. Так что образ лампочки над головой в момент возникновения интересной мысли не так уж далек от истины.

Общеизвестный препарат «Виагра» изначально разрабатывался для лечения артериальной гипертонии.

Упав с осла, вы с большей вероятностью свернете себе шею, чем упав с лошади. Только не пытайтесь опровергнуть это утверждение.

74-летний житель Австралии Джеймс Харрисон становился донором крови около 1000 раз. У него редкая группа крови, антитела которой помогают выжить новорожденным с тяжелой формой анемии. Таким образом, австралиец спас около двух миллионов детей.

Даже если сердце человека не бьется, то он все равно может жить в течение долгого промежутка времени, что и продемонстрировал нам норвежский рыбак Ян Ревсдал. Его "мотор" остановился на 4 часа после того как рыбак заблудился и заснул в снегу.

Если улыбаться всего два раза в день – можно понизить кровяное давление и снизить риск возникновения инфарктов и инсультов.

Наши почки способны очистить за одну минуту три литра крови.

Человеческие кости крепче бетона в четыре раза.

Вес человеческого мозга составляет около 2% от всей массы тела, однако потребляет он около 20% кислорода, поступающего в кровь. Этот факт делает человеческий мозг чрезвычайно восприимчивым к повреждениям, вызванным нехваткой кислорода.

Образованный человек меньше подвержен заболеваниям мозга. Интеллектуальная активность способствует образованию дополнительной ткани, компенсирующей заболевшую.

Люди, которые привыкли регулярно завтракать, гораздо реже страдают ожирением.

Существуют очень любопытные медицинские синдромы, например, навязчивое заглатывание предметов. В желудке одной пациентки, страдающей от этой мании, было обнаружено 2500 инородных предметов.

Американские ученые провели опыты на мышах и пришли к выводу, что арбузный сок предотвращает развитие атеросклероза сосудов. Одна группа мышей пила обычную воду, а вторая – арбузный сок. В результате сосуды второй группы были свободны от холестериновых бляшек.

www.neboleem.net

Диоксид кремния: влияние на организм человека


Химическое соединение диоксид кремния обладает структурой с повышенной твердостью, является составным элементом пищевых продуктов, его можно обнаружить в керамике, бетоне, медицинских препаратах, косметических средствах. Ознакомьтесь с химическими свойствами, способами применения, влиянием на организм человека, возможной пользой и вредом диоксида.

Диоксид кремния – что это такое

Silica, Silicon dioxide, кремнезем – все эти определения равны термину двуокись кремния. Это соединение состоит из бесцветных кристаллов, обладающих повышенной прочностью, твердостью и пластичностью. В природе оно встречается широко: кристаллические модификации представлены минералами яшмой, агатом, горным хрусталем, чистым кварцем, халцедоном, аметистом, морионом, топазом.

При естественной температуре окружающей среды и нормальном атмосферном давлении выделяют три модификации моноксида кремния: тридимит (песок), кристаллы кварца и кристобалит. Если повысить температуру, кристаллическое вещество станет коэситом, а затем стишовитом. Последнее является производным веществом, составляющим мантии Земли и ее коры. На нашей планете высший оксид занимает 87% всей литосферы, в плазме крови человека его концентрация составляет 0,001%.

Химические свойства диоксида кремния

Высший оксид кремния устойчив к воздействию кислот, атомов кислорода, не растворяется водой. При повышенной температуре растворяется щелочами, плавиковой кислотой, обладает диэлектрическими свойствами. Бесцветные кристаллы характеризуются высокой прочностью, тугоплавкостью, твердостью. Атомы кремния не проводят ток. Вещество относится к группе стеклообразующих оксидов кремния.

Диоксид кремния – влияние на организм человека

До конца влияние на организм двуокиси кремния учеными не изучено, но из их исследований на сегодняшний день можно сделать вывод, что вещество не наносит вред здоровью при его правильном употреблении.

По данным исследований, вещество проходит через желудочно-кишечный тракт человека в неизмененном состоянии, полностью выводится из организма. Помимо этого, Silicondioxide присутствует в организме, в крови и плазме.

Он не изменяет вкусовых качеств продуктов, не влияет на цвет, но придает сыпучесть и текучесть порошкам, предупреждает появление комков, гасит пену, играет роль загустителя. Для медицинских целей применяется для погашения газообразования. Ученые говорят, что двуокись кремния не наносит вреда организму, не всасывается кишечником. Возможным отрицательным эффектом обладают соединения кремния с прочими химическими веществами: приводят к раздражению дыхательных путей.

Немецким физиологом на основе его практики было доказано, что кремнезем полезен для человека, он предупреждает и предотвращает атеросклероз, укрепляет и очищает сосуды. Вода кремния имеет не только абсорбирующие свойства, выводит шлаки и токсичные вещества из человеческого организма, но еще и антибактериальные.

Существует теория, что вещество оказывает положительное влияние на организм человека и сокращает риск дальнейшего развития такого заболевания, как болезнь Альцгеймера. Однако это лишь гипотеза, которую следует доказать ученым.

Ясно одно, что существенный вред здоровью может нанести пыль диоксида кремния при ее вдыхании (только на промышленных производствах). Она может послужить развитию таких заболеваний, как силикоз легких. Умеренное использование пищевой добавки Е551 безопасно для здоровья.

Применение диоксида кремения

Кремний окисляется, приобретает новые свойства, поэтому используется в качестве эмульгатора и вещества, препятствующего слеживанию и комкованию. Природный диоксид находит применение в следующих отраслях:

  • пищевая промышленность;
  • производство бытовой химии, лекарственных средств;
  • выпуск керамики, стекла, абразивов, бетонных изделий;
  • наполнитель при производстве резины, кремнеземистых огнеупоров;
  • в микроэлектронике диоксид (продукт окисления кремния) находит применение в сфере хроматографии;
  • использование в ультразвуковых установках, радиотехнике за счет пьезоэлектрических свойств;
  • плавленый диоксид применяется в производстве волоконно-оптических кабелей, изоляторов.

Пока уникальные свойства вещества не были изучены, оно главным образом применялось для изготовления строительных материалов, таких как бетон и цемент.

Но по мере исследования Siliconаdioxide учеными, медиками, физиологами, химиками стали известны и другие его признаки. Вещество стали применять в радиотехнике, в производстве огнеупорных материалов и резины.

Благодаря своим свойствам вещество нашло широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе пищевой, фармацевтической, косметологической.

Кремний диоксид кристаллический Аморфный (порошкообразный) кремний диоксид Кремний диоксид коллоидный
Вещество широко распространено в природе. Оно содержится в горных породах – минералах, в агате, яшме, халцедоне, аметисте, горном хрустале.Широко применяется в строительстве, а также в производстве стекла, керамических и бетонных изделий. В этих индустриях не важна его чистота. Это вещество встречается в природе в чистом виде достаточно редко. Это трепел (кизельгур), который образовывается на морском дне на протяжении длительного времени.В наши дни получают синтетическим способом в заводских условиях. Его используют главным образом в промышленных целях. Вещество нашло широкое применение в медицине, как абсорбент (Siliciumdioxidecolloidal выводит токсичные вещества из организма) и загуститель (в изготовлении мазей, гелей, вазелина, суспензий). В косметологии (в составе зубных паст, как отбеливающее средство; в скрабах, пудрах, лосьонах). Его получение происходит в промышленных условиях из высокодисперсной двуокиси кремния.

Диоксид кремния в косметике

Элемент часто применяют при производстве зубных паст. Им заменяют некоторые опасные ингредиенты, служащие для отбеливания эмали. Двуокись не наносит вреда зубам, но эффективно отбеливает их поверхность, выступая абразивом. За счет матирующего действия соединение используется в производстве лосьонов, кремов, пудры для жирной кожи. Добавка сглаживает неровный рельеф, устраняет морщины. Другим полезным свойством пленки диоксида является ее пилингующий эффект – она убирает отмершие клетки эпидермиса.

Диоксид кремния в пищевой промышленности

Пищевую добавку Е551 используют в производстве чипсов, сухариков, кукурузных палочек, растворимого кофе. За счет нее улучшается сыпучесть продуктов, предотвращается появление комочков. Также двуокись кремния добавляют в сахар, сухие сливки и молоко, соль, пшеничную муку, специи, яичный порошок. Добавкой обогащают снеки, алкогольные напитки, кондитерские изделия для предотвращения образования избыточного количества пены.

В пищевой промышленности эмульгатор используют как антикоагулятор (стабилизатор) и нейтрализатор, а также как загуститель. Он помогает продуктам сохранять сыпучесть, предотвращает образование комков и слеживание:

  • диоксид кремния добавляют в готовые сыпучие продукты, такие как сахар, соль, мука, специи, а также сухое молоко и сливки, крахмал, яичный порошок, различные приправы и пряности, и другие;
  • в молочной продукции при изготовлении сыров (для сохранения их структуры) также применяют кремнезем;
  • незаменимым компонентом он является и в производстве кофе, какао;
  • Е551 входит и в состав пива как абсорбент, способствует осветлению напитка, повышает его выдержку;
  • широко применяется он и при производстве чипсов, сухариков, всевозможных закусок, усиливает аромат продуктов потребления;
  • при изготовлении алкогольных напитков, для стабилизации кислотности и нейтрализации излишка щелочей тоже используют кремнезем;
  • производство кондитерских и кулинарных изделий не обходится без применения эмульгатора Е551, им обрабатывают сладкие поверхности, за исключением тех, которые покрыты шоколадом. Он влияет на сроки реализации продукции, продлевает ее (обеспечивает свежесть, не дает слипаться изделиям), усиливает вкусовые качества и аромат.

Диоксид кремния в строительстве

Материалы, содержащие кремний диоксид, нашли широкое применение в области высоких технологий и строительных материалов. Вещество применяется в производстве стекла, керамики, бетонных изделий, абразивов. Его используют в радиотехнике, установках для производства ультразвука, зажигалках. Аморфный непористый элемент в сочетании с другими компонентами применяется в изготовлении кабеля.

Диоксид кремния в медицине

Для медицинских целей применяется коллоидный непористый диоксид, представляющий собой рыхлый бело-голубой порошок без запаха. В сочетании с водой он формирует взвесь, используется в качестве энтеросорбента. Вторым направлением использования становится терапия порошком гнойно-воспалительных поражений мягких тканей: гнойных ран, флегмон, абсцесса, мастита. Лекарственными свойствами аморфного кремнезема считаются абсорбция токсинов, аллергенов, микроорганизмов и прочих агрессивных продуктов обмена веществ. Коллоидное вещество способно связывать и устранять из тела эндо- и экзогенные вещества, патогенные бактерии. Аморфный кремнезем проявляет активность в отношении к солям тяжелых металлов, радионуклидам, избытку холестерина, продуктам распада алкоголя. Двуокись кремния сохраняет нормальные компоненты флоры ЖКТ, не нарушает пищеварение.

Препараты, в которых содержится диоксид кремния

В медицине и фармакологии выделяют следующие препараты, содержащие синтетический диоксид:

  • Полисорб – удаляет из организма накопившиеся токсины и шлаки, болезнетворные вирусы и бактерии;
  • Силицея – реагирует на недостаток кремния в организме, содержит легкоусвояемую форму элемента;
  • Флорасил – суточная дозировка укрепляет иммунитет, нормализует обменные процессы, укрепляет кости, волосы, ногти, нормализует обменные процессы кожи.
Показания к применению диоксида кремния

Коллоидный кремнезем продается под аналогичным названием через аптеки, применяется для следующих случаев:

  • гнойно-воспалительные патологии мягких тканей;
  • пищевые токсикоинфекции;
  • острые кишечные инфекции; аллергические реакции;
  • острые отравления ядовитыми средствами;
  • экзо- и эндогенные интоксикации;
  • абстинентный алкогольный синдром.

Дозировка и способ применения аморфного диоксида зависят от типа и тяжести течения болезни, назначаются врачом:

  1. Местно препарат применяется на ранах – накладывается слоем 4-6 мм на предварительно обработанную поверхность, закрывается сухой асептической повязкой. Перевязки обновляют каждые сутки.
  2. Фракционные проточные промывания – до шести раз за день. Используется 1-3%-ная водная взвесь.
  3. Внутрь – аэросил применяется за час до приема пищи. При тяжелой диарее разовая доза составляет 4-6 г, суточная – 12 г, курс длится 3-5 дней. Токсико- и кишечные инфекции: трижды за сутки по 2-3 г. Алкогольный синдром: 3-4 раза за день по 2-4 г, курсом 3-4 дня. Острые пероральные отравления: разовая доза 0,1-0,15 мг/кг веса человека, разделенные на 2-3 приема. Тяжелые отравления: после промывания желудка через зонд кремний вводят каждые 4-6 часов максимальной суточной дозой 24 г. Аллергия: 2-3 раза за сутки по 2-3 г курсом 10-15 дней.

 


Читайте также:

Оцените статью:

[Всего голосов: 18    Средний: 3.3/5]

ekobalans.ru

Е551 – Диоксид кремния аморфный

В статье описана пищевая добавка (антислеживатель и антикомкователь) диоксид кремния аморфный (Е551), ее применение, влияние на организм, вред и польза, состав, отзывы потребителей

Выполняемые функции

антислеживатель и антикомкователь

Законность использования

Украина ЕС Россия

Что такое пищевая добавка Е551 – диоксид кремния аморфный?

Диоксид кремния – это неорганическое соединение, обладающее небольшой активностью при нормальных условиях. При комнатной температуре оно не растворяется в воде, не взаимодействует с ней и с другими веществами. Данный оксид относится к кислотным и при определенных условиях может образовывать соли кремниевой кислоты, которые называются силикатами.

Диоксид кремния широко распространен в природе, входит в состав многих горных пород, минералов. В каждодневной жизни известен всем как обычный (кварцевый) песок. Существует несколько видов кристаллических модификаций данного вещества.

Аморфная форма диоксида кремния используется в фармацевтике как вспомогательное и основное вещество. Аморфный диоксид кремния представляет собой пищевую добавку Е551, которая применяется в пищевой промышленности для предотвращения слеживания и комкования сухих порошкообразных продуктов.

В промышленности диоксид кремния применяется при производстве строительных материалов, керамической продукции, абразивов, волоконно-оптических кабелей. Для технических целей используют продукт из природных источников. В пищевой и фармацевтической промышленности в качестве добавки Е551 применяют диоксид кремния, синтезированный окислением кремния при очень высокой температуре.

Диоксид кремния аморфный, Е551 – влияние на организм, вред или польза?

Добавка Е551 – одно из самых безопасных для здоровья соединений. Данное вещество абсолютно не растворяется в пищеводе и выводится из организма в неизменном виде. Помимо положительного влияния на качество пищевых продуктов добавка E551 может оказывать очищающее воздействие на кишечник. Не случайно диоксид кремния применяют в практической медицине как энтеросорбент. Данное вещество присутствует в составе многих зубных паст и способствует механической и микробиологической очистке полости рта.

Учитывая нерастворимость диоксида кремния, злоупотреблять пищевыми продуктами с добавкой Е551 не стоит людям, имеющим проблемы с выделительной системой. При поступлении в организм больших количеств данного вещества нельзя полностью исключить его накапливание в протоках мочевыводящей системы, особенно в тех случаях, когда они деформированы или спазмированы.

Пищевая добавка диоксид кремния аморфный – применение в продуктах питания

Добавка Е551 препятствует слеживанию сухих пищевых продуктов, образованию в них комков. Применяется при расфасовке пряностей, других смесей. Добавление аморфного диоксида кремния особенно актуально в случае, если сухие пищевые продукты обернуты в фольгу. Максимальная концентрация E551 в одном килограмме пищевых смесей не должна превышать 30 граммов. Диоксид кремния разрешен к применению как добавка к пище во всех странах.

Недавно добавленные продукты

Обсуждение статьи0

is-it-good.info

Аморфный кремний – HiSoUR История культуры

Аморфный кремний (a-Si) представляет собой некристаллическую форму кремния, используемую для солнечных элементов и тонкопленочных транзисторов на ЖК-дисплеях.

Используемый в качестве полупроводникового материала для солнечных элементов Si-Si или тонкопленочных кремниевых солнечных элементов, он осаждается в тонких пленках на различные гибкие подложки, такие как стекло, металл и пластик. Аморфные кремниевые ячейки обычно характеризуются низкой эффективностью, но являются одной из самых экологически чистых фотоэлектрических технологий, поскольку они не используют никаких токсичных тяжелых металлов, таких как кадмий или свинец.

Как технология тонкопленочных солнечных элементов второго поколения, когда-то ожидается, что аморфный кремний станет основным источником быстрорастущего мирового фотоэлектрического рынка, но с тех пор утратил свою значимость из-за сильной конкуренции со стороны традиционных кристаллических кремниевых элементов и других тонкопленочных кремниевых элементов, таких как CdTe и CIGS.

Аморфный кремний отличается от других аллотропных изменений, таких как монокристаллический кремний – монокристалл и поликристаллический кремний, состоящий из мелких зерен, также известных как кристаллиты.

Описание
Кремний представляет собой четырехкратный скоординированный атом, который обычно тетраэдрически связан с четырьмя соседними атомами кремния. В кристаллическом кремнии (c-Si) эта тетраэдрическая структура продолжается в большом диапазоне, формируя, таким образом, упорядоченную кристаллическую решетку.

В аморфном кремнии этого длинного порядка порядка нет. Скорее, атомы образуют непрерывную случайную сеть. Более того, не все атомы в аморфном кремнии четырехкратно скоординированы. Из-за неупорядоченной природы материала некоторые атомы имеют свисающую связь. Физически эти оборванные связи представляют собой дефекты в непрерывной случайной сети и могут вызывать аномальное электрическое поведение.

Материал может пассивироваться водородом, который связывается с оборванными связями и может уменьшать плотность оборванных связей на несколько порядков. Гидрированный аморфный кремний (a-Si: H) имеет достаточно малое количество дефектов, которые должны использоваться в устройствах, таких как солнечные фотоэлектрические элементы, особенно в режиме протокристаллического роста. Однако гидрирование связано со световой деградацией материала, называемой эффектом Стебелера-Вронского.

Аморфный кремний и углерод
Интересным вариантом являются аморфные сплавы кремния и углерода (карбид аморфного кремния, также гидрированный, a-Si1-xCx: H). Введение атомов углерода добавляет дополнительные степени свободы для контроля свойств материала. Пленка также может быть прозрачной для видимого света.

Увеличение концентрации углерода в сплаве расширяет электронный зазор между проводимостью и валентными зонами (также называемый «оптическим зазором» и запрещенной зоной). Это может потенциально увеличить светостойкость солнечных элементов, изготовленных из аморфных слоев карбида кремния. С другой стороны, на электронные свойства как полупроводника (в основном подвижность электронов) отрицательное влияние оказывает увеличение содержания углерода в сплаве из-за увеличения беспорядка в атомной сети.

В научной литературе найдено несколько исследований, в основном исследующих влияние параметров осаждения на электронное качество, но практическое применение аморфного карбида кремния в коммерческих устройствах все еще отсутствует.

свойства
Плотность аморфного Si была рассчитана как 4,90 × 1022 атом / см3 (2,285 г / см3) при 300 К. Это было сделано с использованием тонких (5 мкм) полосок аморфного кремния. Эта плотность на 1,8 ± 0,1% менее плотная, чем кристаллическая Si при 300 К. Кремний является одним из немногих элементов, который расширяется при охлаждении и имеет более низкую плотность в виде твердого вещества, чем в виде жидкости.

Гидрированный аморфный кремний
Негидрированный а-Si имеет очень высокую плотность дефектов, что приводит к нежелательным полупроводниковым свойствам, таким как слабая фотопроводимость, и предотвращает легирование, которое имеет решающее значение для инженерных свойств полупроводника. Введением водорода во время изготовления аморфного кремния фотопроводимость значительно улучшается и становится возможным легирование.Гидрированный аморфный кремний, a-Si: H, был впервые изготовлен в 1969 году Читтиком, Александром и Стерлингом путем осаждения с использованием предшественника силанового газа (Sih5). Полученный материал показал более низкую плотность дефектов и повышенную проводимость за счет примесей. Интерес к a-Si: H пришел, когда (в 1975 году) LeComber и Spear обнаружили способность к замещению легированием a-Si: H с использованием фосфина (n-типа) или диборана (p-типа). Роль водорода в восстановлении дефектов была проверена группой Пола в Гарварде, которая обнаружила концентрацию водорода около 10 ат.% Через ИК-вибрацию, которая для связей Si-H имела частоту около 2000 см-1. Начиная с 1970-х годов, a-Si: H был разработан в солнечных батареях с помощью RCA, в результате чего в 2015 году он стабильно повышался до примерно 13,6%.

сердечно-сосудистые заболевания ПХО Каталитический CVD Распыление
Тип фильма а-Si: H а-Si: H а-Si: H Насколько я
Уникальное приложение Электроника большой площади Водородное осаждение
Температура камеры 600C 30-300C 30-1000C
Температура активного элемента 2000C
Давление камеры 0,1-10 торр 0,1-10 торр 0,001-0,1 торр
Физический принцип термолиз Индуцированная плазмой диссоциация термолиз Ионизация источника Si
Посредники W / Ta нагретые провода Аргоновые катионы
Типичное напряжение привода RF 13,56 МГц; 0,01-1 Вт / см 2
Источник Si Газ SiH 4 Газ SiH 4 Газ SiH 4 тигель
Температура основания управляемый управляемый управляемый управляемый

Приложения
В то время как a-Si имеет более низкие электронные характеристики по сравнению с c-Si, он намного более гибкий в своих приложениях. Например, слои a-Si можно сделать более тонкими, чем c-Si, что может привести к экономии затрат на кремниевый материал.

Еще одно преимущество заключается в том, что a-Si может осаждаться при очень низких температурах, например, до 75 градусов по Цельсию. Это позволяет осаждать не только стекло, но и пластик, что делает его кандидатом на технологию обработки рулоном. После осаждения a-Si может быть легирован способом, подобным c-Si, с образованием слоев p-типа или n-типа и, в конечном счете, для образования электронных устройств.

Другим преимуществом является то, что a-Si может быть осажден на большие площади PECVD. Конструкция системы PECVD оказывает большое влияние на себестоимость такой панели, поэтому большинство поставщиков оборудования уделяют основное внимание разработке PECVD для более высокой пропускной способности, что приводит к снижению стоимости производства, особенно при переработке силана.

Массивы небольших (менее 1 мм на 1 мм) фотодиодов a-Si на стекле используются в качестве датчиков изображения видимого света в некоторых плоских панельных детекторах для флюороскопии и рентгенографии.

Фотоэлементы
Аморфный кремний (a-Si) использовался в качестве фотоэлектрического материала солнечных элементов для устройств, которые требуют очень небольшой мощности, таких как карманные калькуляторы, поскольку их более низкая производительность по сравнению с обычными солнечными элементами из кристаллического кремния (c-Si) более чем компенсируется их упрощенной и более низкой стоимости осаждения на подложку. Первые солнечные калькуляторы уже были доступны в конце 1970-х годов, таких как Royal Solar 1, Sharp EL-8026 и Teal Photon.

Совсем недавно усовершенствования технологии построения a-Si сделали их более привлекательными для использования солнечной батареи в больших районах. Здесь их нижняя присущая эффективность составляется, по крайней мере частично, их тонкостью – более высокая эффективность может быть достигнута путем укладки нескольких тонкопленочных элементов друг на друга, каждый из которых настроен на хорошую работу на определенной частоте света. Такой подход не применим к c-Si-клеткам, которые являются толстыми в результате его косвенной запрещенной зоны и, следовательно, в значительной степени непрозрачны, блокируя свет от достижения других слоев в стеке.

Источником низкой эффективности фотовольтаики аморфного кремния в основном является низкая подвижность материала. Эта мобильность с низким отверстием объясняется многими физическими аспектами материала, включая наличие оборванных связей (кремний с тремя связями), плавающие связи (кремний с 5 связями), а также реконфигурации связей. Несмотря на то, что была проделана большая работа по контролю этих источников низкой мобильности, данные свидетельствуют о том, что множество взаимодействующих дефектов может привести к ограниченности мобильности, поскольку уменьшение одного типа дефектов приводит к образованию других.

Основным преимуществом a-Si в крупномасштабном производстве является не эффективность, а стоимость. a-Si-клетки используют только часть кремния, необходимую для типичных c-Si-клеток, и стоимость кремния исторически значитель- но влияла на стоимость клеток. Тем не менее, более высокие издержки производства из-за многослойной конструкции до настоящего времени сделали a-Si непривлекательным, за исключением ролей, где их тонкость или гибкость являются преимуществом.

Как правило, тонкопленочные ячейки аморфного кремния используют штыревую структуру.Размещение слоя р-типа сверху также связано с подвижностью нижнего отверстия, позволяя отверстиям пересекать более короткое среднее расстояние для сбора до верхнего контакта.Типичная структура панели включает переднее боковое стекло, ТСО, тонкопленочный кремний, обратный контакт, поливинилбутираль (PVB) и боковое стекло. Uni-Solar, подразделение устройств преобразования энергии, разработало вариант гибких опор, используемых в рулонных кровельных продуктах. Тем не менее, крупнейший в мире производитель аморфных кремниевых фотовольтаиков должен был подать заявление о банкротстве в 2012 году, поскольку он не мог конкурировать с быстро снижающимися ценами на обычные солнечные батареи.

Микрокристаллический и микроморфный кремний
Микрокристаллический кремний (также называемый нанокристаллическим кремнием) представляет собой аморфный кремний, но также содержит мелкие кристаллы. Он поглощает более широкий спектр света и является гибким. Технология микроморфного кремниевого модуля объединяет два разных типа кремния, аморфного и микрокристаллического кремния в верхней и нижней фотоэлектрических ячейках. Sharp производит клетки, используя эту систему, чтобы более эффективно захватывать синий свет, повышая эффективность клеток в то время, когда на них не падает прямой солнечный свет. Проктикристаллический кремний часто используется для оптимизации напряжения разомкнутой цепи фотоэлектрических элементов a-Si.

Крупномасштабное производство
Корпорация Xunlight, получившая более 40 млн. Долл. США в виде институциональных инвестиций, завершила установку своего первого широкополосного 25-мегавалютного широкоугольного фотогальванического оборудования для производства тонкопленочных кремниевых фотоэлектрических модулей. Anwell Technologies также завершила установку своего первого в мире производства монокристаллической солнечной панели мощностью 40 МВт a-Si в Хэнань с использованием собственного многокомпонентного многокамерного оборудования PECVD.

Фотоэлектрические тепловые гибридные солнечные коллекторы
Фотоэлектрические тепловые гибридные солнечные коллекторы (PVT) – это системы, которые преобразуют солнечную радиацию в электрическую и тепловую энергию. Эти системы объединяют солнечный элемент, который преобразует электромагнитное излучение (фотоны) в электричество с солнечным тепловым коллектором, который захватывает оставшуюся энергию и удаляет отработанное тепло от солнечного фотоэлектрического модуля. Солнечные батареи страдают от снижения эффективности с повышением температуры из-за повышенной устойчивости. Большинство таких систем могут быть сконструированы таким образом, чтобы переносить тепло от солнечных элементов, тем самым охлаждая клетки и тем самым повышая их эффективность за счет снижения сопротивления. Несмотря на то, что это эффективный метод, он приводит к недостаточной работе теплового компонента по сравнению с солнечным тепловым коллектором. Недавние исследования показали, что a-Si: H PV с низкотемпературными коэффициентами позволяют работать PVT при высоких температурах, создавая более симбиотическую систему PVT и улучшая производительность a-Si: H PV примерно на 10%.

Жидкокристаллический дисплей с тонкопленочным транзистором
Аморфный кремний стал материалом для активного слоя в тонкопленочных транзисторах (TFT), которые наиболее широко используются в приложениях большой площади, в основном для жидкокристаллических дисплеев (LCD).

Тонкопленочный транзисторный жидкокристаллический дисплей (TFT-LCD) демонстрирует аналогичный процесс компоновки схемы с полупроводниковыми изделиями. Однако вместо изготовления транзисторов из кремния, которые формируются в кристаллическую кремниевую пластину, они изготавливаются из тонкой пленки из аморфного кремния, которая осаждается на стеклянную панель. Силиконовый слой для TFT-LCD обычно осаждается с использованием процесса PECVD. Транзисторы занимают лишь небольшую часть площади каждого пикселя, а остальная часть кремниевой пленки вытравливается, чтобы свет легко проходил сквозь нее.

Поликристаллический кремний иногда используется в дисплеях, требующих более высоких характеристик TFT. К примерам относятся небольшие дисплеи с высоким разрешением, такие как дисплеи или видоискатели. Аморфные кремниевые TFT, безусловно, являются наиболее распространенными из-за их более низкой себестоимости, тогда как поликристаллические кремниевые TFT более дорогостоящие и гораздо более трудные для производства.

www.hisour.com

Наночастицы аморфного диоксида кремния | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Бекболот кызы Б. Наночастицы аморфного диоксида кремния // Молодой ученый. — 2016. — №21. — С. 37-39. — URL https://moluch.ru/archive/125/34430/ (дата обращения: 17.03.2020).



The preparation of amorphous silica nanoparticles from rice husk by cavitation treatmentwas investigated. Size, shape and specific surface area of the particles were studied by TEM analysis.

Keywords: Rice husks, pyrolysis, cavitation, nanoparticles, silicondioxide.

В последние годы повысился интерес к получению наноструктурных кремнийсодержащих материалов в связи с перспективами их широкого практического использования [1]. Возобновляемым сырьевым источником для получения нанопорошка кремния являются отходы производства риса — рисовая шелуха (РШ), состоящая из целлюлозы, лигнина и диоксида кремния.

РШ содержит 90–98 % диоксида кремния, но почти не содержит тяжелые металлы, что очень важно при создании медицинских препаратов.

В Кыргызской Республике каждый год накапливается 60–70 тыс. т. отходов производства риса в виде РШ и соломы. До сих пор в республике не налажена переработка этих отходов. Отходы рисового производства Ошской и Баткенской областей содержат около 40 % диоксида кремния [2].

Аморфный диоксид кремния применяется в фармацевтике, парфюмерии, бытовой химии, для синтеза других соединений кремния [3]. Аморфный диоксид кремния из рисовой шелухи служит исходным материалом для получения кремния высокой чистоты, применяемого в солнечных элементах в виде тонких пленок нанокристаллического кремния. Использование нанокристаллического кремния в солнечной энергетике позволит экономию массивного кремния на несколько порядков. Кроме того, наноструктурный кремний — источник активного кислорода, позволяющего применять нанокремний для создания мазей, гелей, перевязочных материалов для лечения кожных заболеваний, обширных ожогов. Из сказанного выше получение нанокремния из дешевых отходов производства риса — актуальное направление.

Методы получения наноматериалов с использованием механического воздействия на твердое тело в настоящее время разрабатываются очень активно. К таким способам наноструктурирования относятся кавитационно-гидродинамическая, вибрационная, ударно-волновая, ультразвуковая и детонационная обработка вещества.

Нами предлагается кавитационная технология наноструктурирования РШ, которая является комбинацией механохимического синтеза, ударно-волнового воздействия, высокотемпературного синтеза с мгновенной закалкой целевых продуктов. Преимуществами предлагаемого способа можно считать простоту реализации, энергоэффективность, экобезопасность и др.

Рисовую шелуху подвергали кавитационной обработке при давлении 2500 атм., в течение 1 часа в дистиллированной воде в роторном кавитационном диспергаторе (3000 об/мин.). Обработанную таким образом РШ отфильтровывали, просушивали при комнатной температуре.

Высушенные продукты кавитации подвергались пиролизу без доступа кислорода при 350–4500 С, в течение 40–90 мин, при этом газы и жидкие смолообразующие вещества испарялись. На данной стадии переработки РШ получен высокодисперсный кремнеуглерод, который может быть использован в качестве сорбента тяжелых металлов и нефтепродуктов при очистке воды. При дальнейшем обжиге полученного кремнеуглерода при 600–6500 Св течение 30–40 мин образуется аморфный высокодисперсный кремнезем (табл.1).

Таблица 1

Результаты исследований по получению аморфного диоксида кремния

Температура

пиролиза, 0С

Температура обжига после пиролиза, 0С

Выход аморфного SiO2 после пиролиза,%

1

350

5800

93,74

2

450

5800

95,6

3

400

6000

98, 86

4

400

6500

98,90

5

450

6000

98, 6

Полученный продукт был подвергнут анализу на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) марки JEOLJEM — 2000 FX (Япония).

Для ПЭМ анализа было взято небольшое количество порошка кремнезема, затем его диспергировали ультразвуком в течение 5 минут в этаноле. 2–3 капли полученной суспензии помещались на медную микросетку, покрытую углеродом. Микросетку с образцом сушили при температуре 110° С в течение 1 ч., затем выдерживали в эксикаторе в течение ночи.

Рис. 1. ПЭМ снимок (а), гистограмма (б) и результаты элементного анализа (в) наночастиц аморфного диоксида кремния из кавитационно- активированной РШ

По данным ПЭМ наночастицы диоксида кремния из РШ имеют сферическую форму (рис. 1а), размер наночастиц 7- 62 нм, средний размер наночастиц из данных гистограммы — 12 нм (рис. 1б). Элементный анализ показал присутствие двух элементов кремния и кислорода (рис. 1в), из этого можно сделать вывод, что был получен чистый диоксид кремния.

Из данных ПЭМ удельная поверхность рассчитана по формуле

Sa = 6/ dp ·1000,

Где d- размер частиц, p- плотность диоксида кремния.

Полученные нами данные (размер частиц, удельная поверхность, структура) наночастиц диоксида кремния были сравнены данными диоксида кремния полученные другими методами [4–7](табл. 2).

Таблица 2

Характеристики наночастиц аморфного диоксида кремния, полученных разными методами

Сырье

Методы получения

Размер частиц

Удельная поверхность

м2/г

Структура

Литература

Кварцевый песок

Фторирование кварцевых песков

17–89 нм

92–508

аморфный

4

Природные гидротермальные растворы

Золь-гель

10–100 нм

До 500

аморфный

5

Рисовая шелуха

Сжигание в динамическом турбулентном воздушном потоке

20–100 нм

-

аморфный

6

Рисовая шелуха

Обработка 20–60 % раствором гидроксида натрия, с последующим осаждением минеральной кислотой

0,1мкм

-

аморфный

7

Рисовая шелуха

Кавитационная обработка

7–62 нм

93–428

аморфный

Данная работа

Таким образом, кавитационной активацией РШ удается получить более дисперсный аморфный диоксид кремния. Полученный нанопорошок диоксида кремния из рисовой шелухи может найти применение в производстве гелей, суспензий, мазей, перевязочных материалов для наномедицины. Наноструктурный кремнезем может быть использован для создания теплоизоляционных материалов с новыми улучшенными свойствами.

Литература:

  1. Ефремова С. В., Королев Ю. М., Сухарников Ю. И. Рентгенографическая характеристика кремнеуглеродных нанокомпозитов из рисовой шелухи и ее производных. Химическая технология. 2008, том 419, № 1,-C.77–80.
  2. Бекболоткызы Б., Мурзубраимов Б. М. Продукты пиролиза рисовой шелухи. Известия НАН КР, — 2010. № 3.-С.125–128.
  3. Земнухова Л. А., Федорищева Г. А., Егоров А. Г., Сергиенко В. И. Исследование условий получения, состава примесей и свойств аморфного диоксида кремния из отходов производства риса. ЖПХ. — 2005. — Т.78. — № 2. — С. 324–328.
  4. Римкевич И. С., Пушкин А. А., Гиренко И. В. Синтез и свойства наночастиц аморфного SiO2. Неорганические материалы, 2012, том 48, № 4, — C.423–428.
  5. Потапов В., Мурадов С., Сивашенко В. Нанодисперсный диоксид кремния: применение в медицине и ветеринарии. Наноиндустрия. № 3. 33. 2012, -C. 32–36.
  6. Патент RU № 2191159. от 20.10.2002 г
  7. ПатентRU (11)2394764. от 20.07.2010г.

Основные термины (генерируются автоматически): рисовая шелуха, кремний, удельная поверхность, размер частиц, TEM, JEOLJEM, элементный анализ, нанокристаллический кремний, кавитационная обработка, отход производства риса.

moluch.ru

Аморфный кремнезем

ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

В широком плане аморфный кремнезем может быть под­разделен на три типа:

1. Кварцевое стекло, изготовленное плавлением кварца [5].

2. Кремнезем М — аморфный кремнезем, получаемый при облучении быстрыми нейтронами аморфных или кристалличе­ских разновидностей кремнезема. При этом плотность исход­ного аморфного кремнезема повышается, а кристаллического — понижается. Кремнезем М термически нестабилен и переходит в кварц при выдерживании при 930 °С в течение 16 ч. Его плот­ность составляет 2,26 по сравнению со значением 2,20 для кварцевого стекла или для микроаморфных разновидностей кремнезема [53]. Фактически кремнезем М, полученный из не­которых кристаллических форм, может незначительно разли­чаться.

3. Микроаморфный кремнезем, включающий золи, гели, по­рошки и пористые стекла, которые состоят в основном из пер­вичных частиц размером менее одного микрона или с величи­ной удельной поверхности более ~3 м2/г. (Детальное обсужде­ние микроаморфного кремнезема дается в главах 4 и 5.)

Существует мнение [97], что в действительности аморфный кремнезем не является аморфным, а состоит из упорядоченных микрообластей или кристаллов чрезвычайно малых размеров, которые при тщательном исследовании методом дифракции рентгеновских лучей проявляют, по-видимому, структуру кри - стобалита. Тем не менее при исследовании обычными методами дифракции для такого материала получается в отличие от макроскопических кристаллов только лишь широкая полоса при отсутствии мультиплетных пиков. Поэтому в данной моно­графии подобный кремнезем будет называться «аморфным».

В природных условиях микроаморфные типы кремнезема образуются либо в процессе конденсации из паровой фазы, выброшенной при вулканических извержениях, либо осажде­нием из пересыщенных растворов кремнезема в природных водах и в живых организмах. За исключением кремнезема,
осаждаемого в растениях или в диатомеях, микроаморфный кремнезем природного происхо­ждения обычно слишком загряз­нен и не годится для изучения растворимости. (Образование и свойства природного опала об­суждаются в гл. 4.)

Микроаморфный кремнезем, синтезированный в лаборатор­ных условиях, можно подразде­лить на три класса:

1. Микроскопические разно­видности, получаемые в резуль­тате специальных процессов в форме листочков, ленточек и волокон.

2. Обычные аморфные формы, состоящие из элементарных сфе­рических частиц Si02, по своему размеру меньших 1000 А, поверх­ность которых образована либо из безводного Si02, либо из групп SiOH. Такие частицы могут быть отдельными или связанными в трехмерную сетку, как это показано на рис. 1.2: а) дискретные или обособленные частицы, как это имеет место в золях; б) связанные в цепочки трехмерные агрегаты с силоксановой связью в точках кон­такта, как в гелях; в) объемные трехмерные агрегаты частиц, как это наблюдается в аэрогелях, кремнеземе пирогенного про­исхождения и в некоторых диспергированных порошках крем­незема.

Рис. 1.2. Элементарные частицы обычных форм коллоидного крем­незема.

Рисунок представлен плоским, по на самом деле агрегация частиц трех­мерна. а — золь, б*— гель, в — порошок кремнезема.

3. Гидратированный аморфный кремнезем, в структуре ко­торого все или почти все атомы кремния удерживают по одной или более гидроксильной группе. Такой тип полимерной струк­туры образуется в том случае, когда монокремневая кислота или олигокремневые кислоты концентрируются и полимери - зуются в воде при условии небольшого подкисления раствора и при нормальной или пониженной температуре. В настоящее время утверждается, что в подобных условиях кремнезем полимеризуется до чрезвычайно малых сферических частиц, диаметром менее 20—30 А. При концентрировании такие ча­стицы связываются вместе в трехмерную массу геля, удерживая воду в промежутках между частицами. Размеры таких про­межутков близки к молекулярным, и поэтому они способны удерживать воду вплоть до температуры 60 °С, выше которой вода может десорбироваться.

При обычных условиях такие структуры не сохраняются вследствие того, что в процессе приготовления золей и гелей вплоть до конечного состояния системы величина рН не остается достаточно малой, а температура не выдерживается ниже 60 °С.

Реакционноспособный кремнезем

Высокие значения удельной поверхности и скорости раство­рения аморфного кремнезема позволяют проводить необходимые реакции при значительно более низких температурах, чем это требуется для измельченного в порошок кристаллического крем­незема. Повышенная химическая реакционная …

Гидрофильные покрытия на кремнеземе

Для некоторых применений желательно, чтобы поверхность кремнезема или стекла смачивалась водой. Но в то же время должны отсутствовать различные характерные ионные, гидро­фобные или водородные связи, которые возникают при адсорб­ции органических …

Наиболее ранние биологические формы

Несомненно, что наиболее древними ископаемыми остатками живых организмов являются сине-зеленые водоросли, обнару­женные в виде включений в шерте (микрокристаллическом кремнеземе), открытые Баргхорном и Тайлером [12] и в дальней­шем изученные многими исследователями …

msd.com.ua

Кремний химический элемент: свойства, применение, особенности

На чтение 10 мин. Просмотров 167 Опубликовано

Как самостоятельный химический элемент кремний стал известен человечеству всего лишь в 1825 году. Что, конечно, не мешало применять соединения кремния в таком количестве сфер, что проще перечислить те, где элемент не используется.

Данная статья прольет свет на физические, механические и полезные химические свойства кремния и его соединений, области применения, также мы расскажем о том, как влияет кремний на свойства стали и иных металлов.

Что такое кремний?

Для начала давайте остановимся на общей характеристике кремния. От 27,6 до 29,5% массы земной коры составляет кремний. В морской воде концентрация элемента тоже изрядная – до 3 мг/л.

По распространенности в литосфере кремний занимает второе почетное место после кислорода. Однако наиболее известная его форма – кремнезем, является диоксидом, и именно его свойства и стали основой для столь широкого применения.

Понятие и особенности

Кремний – неметалл, однако при разных условиях может проявлять и кислотные, и основные свойства. Является типичным полупроводником и чрезвычайно широко используется в электротехнике. Физические и химические его свойства во многом определяются аллотропным состоянием.

Чаще всего дело имеют с кристаллической формой, поскольку ее качества более востребованы в народном хозяйстве:

  • Кремний – один из базовых макроэлементов в человеческом теле. Его нехватка губительно сказывается на состоянии костной ткани, волос, кожи, ногтей. Кроме того, кремний оказывает влияние на работоспособность иммунной системы.
  • В медицине элемент, вернее говоря, его соединения нашли свое первое применение именно в этом качестве. Вода из колодцев, выложенных кремнием, отличались не только чистотой, но и положительно сказывалась на стойкости к инфекционным болезням. Сегодня соединение с кремнием служат основой для препаратов против туберкулеза, атеросклероза, артрита.
  • В целом неметалл малоактивен, однако и в чистом виде встретить его сложно. Связано это с тем, что на воздухе он быстро пассивируется слоем диоксида и перестает реагировать. При нагревании химическая активность увеличивается. В результате человечество гораздо ближе знакомо с соединениями вещества, а не с ним самим.

Так, кремний образует сплавы практически со всеми металлами – силициды. Все они отличаются тугоплавкостью и твердостью и применяются на соответствующих участках: газовые турбины, нагреватели печей.

Размещается неметалл в таблице Д. И. Менделеева в 6 группе вместе с углеродом, германием, оловом, что указывает на определенную общность с этими веществами. Так, с углеродом его «роднит» способность к образованию соединений по типу органических. При этом кремний, как и германий может проявить свойства металла в некоторых химических реакциях, что используется в синтезе.

Плюсы и минусы

Как и всякое другое вещество с точки зрения применения в народном хозяйстве, кремний обладает определенными полезными или не слишком качествами.

Важны они именно для определения области использования:

  • Немалым достоинством вещества является его доступность. В природе он, правда, находится не в свободном виде, но все же, технология получения кремния не так уж и сложна, хотя и энергозатратна.
  • Второе важнейшее достоинство – образование множества соединений с необыкновенно полезными свойствами. Это и силаны, и силициды, и диоксид, и, конечно, разнообразнейшие силикаты. Способность кремния и его соединений образовывать сложные твердые растворы практически бесконечна, что позволяет бесконечно же получать самые разные вариации стекла, камня и керамики.
  • Полупроводниковые свойства неметалла обеспечивает ему место базового материала в электро- и радиотехнике.
  • Неметалл является нетоксичным, что допускает применение в любой отрасли промышленности, и при этом не превращает технологический процесс в потенциально опасный.

К недостаткам материала можно отнести лишь относительную хрупкость при хорошей твердости. Кремний не используется для несущих конструкций, но зато это сочетание позволяет обрабатывать должным образом поверхность кристаллов, что важно для приборостроения.

Свойства и характеристики

Поскольку в промышленности чаще всего эксплуатируется кристаллический кремний, то именно его свойства и являются более важными, и именно они и приводятся в технических характеристиках.

Физические свойства вещества

  • температура плавления – 1417 С;
  • температура кипения – 2600 С;
  • плотность составляет 2,33 г/куб. см, что свидетельствует о хрупкости;
  • теплоемкость, как и теплопроводность не постоянны даже на самых чистых пробах: 800 Дж/(кг·К), или 0,191 кал/(г·град) и 84-126 вт/(м·К), или 0,20-0,30 кал/(см·сек·град) соответственно;
  • прозрачен для длинноволнового ИК-излучения, что используется в инфракрасной оптике;
  • диэлектрическая проницаемость – 1,17;
  • твердость по шкале Мооса – 7.

Электрические свойства неметалла сильно зависят от примесей. В промышленности эту особенность используют, модулируя нужный тип полупроводника. При нормальной температуре кремний хрупок, но при нагревании выше 800 С возможна пластическая деформация.

Свойства аморфного кремния разительно отличаются: он сильно гигроскопичен, намного активнее вступает в реакцию даже при нормальной температуре.

Химические свойства кремния

В большинстве соединений кремний проявляет степени окисления -4, +2, +4. При низких температурах химически инертен. На воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида, в атмосфере кислорода окисляется при нагревании свыше 400°С.

С фтором взаимодействует в обычных условиях, с остальными галогенами, азотом, углеродом — при нагревании. В воде, кислотах (за исключением смеси HF+HNO3) не растворяется. Щёлочи переводят кремний в соли кремниевых кислот с выделением водорода. Растворим во многих расплавленных металлах, с некоторыми из них даёт соединения, называемые силицидами.

С водородом образует весьма реакционноспособные соединения общей формулы SinH2n+2 (где n=1-8) — силаны. Известны многочисленные кремнийорганические соединения (силиконы, органосилоксаны и т.д.). Большое значение имеют кремниевые кислоты.

В свободном состоянии выделены мета-(Н2SiO3), орто-(Н2SiO4) и двуметакремниевая (Н2Si2О5) кислоты. Соли кремниевых кислот широко распространены в природе: минералы класса силикатов природных. При изоморфном замещении в их структуре части кремния алюминием образуются алюмосиликаты.

Состав и структура

Кремний существует в двух аллотропных формах, одинаково устойчивых при нормальной температуре.

  • Кристаллический имеет вид темно-серого порошка. Вещество, хотя и имеет алмазоподобную кристаллическую решетку, является хрупким – из-за чересчур длинной связи между атомами. Интерес представляют его свойства полупроводника.
  • При очень высоких давлениях можно получить гексагональную модификацию с плотностью 2,55 г/куб. см. Однако эта фаза практического значения пока не нашла.
  • Аморфный – буро-коричневый порошок. В отличие от кристаллической формы намного активнее вступает в реакцию. Связано это не столько с инертностью первой формы, сколько с тем, что на воздухе вещество покрывается слоем диоксида.

Кроме того, необходимо учитывать и еще один тип классификации, связанный с величиной кристалла кремния, которые в совокупности образуют вещество. Кристаллическая решетка, как известно, предполагают упорядоченность не только атомов, но и структур, которые эти атомы образуют – так называемый дальний порядок. Чем он больше, тем более однородным по свойствам будет вещество.

  • Монокристаллический – образец представляет собой один кристалл. Структура его максимально упорядочена, свойства однородны и хорошо предсказуемы. Именно такой материал наиболее востребован в электротехнике. Однако он же относится к самому дорогому виду, поскольку процесс его получения сложен, а скорость роста низка.
  • Мультикристаллический – образец составляет некоторое количество крупных кристаллических зерен. Границы между ними формируют дополнительные дефектные уровни, что снижает производительность образца, как полупроводника и приводит к более быстрому износу. Технология выращивания мультикристалла проще, потому и материал дешевле.
  • Поликристаллический – состоит из большого количества зерен, расположенных хаотически относительно друг друга. Это наиболее чистая разновидность промышленного кремния, применяется в микроэлектронике и солнечной энергетике. Довольно часто используется в качестве сырья для выращивания мульти- и монокристаллов.
  • Аморфный кремний и в этой классификации занимает отдельную позицию. Здесь порядок расположения атомов удерживается только на самых коротких дистанциях. Однако в электротехнике он все же используется в виде тонких пленок.

Далее мы расскажем вам про сырье для производства кремния, вредность добычи, технологию его изготовления в мировых масштабах и в России.

Получить чистый кремний не так уж и просто, учитывая инертность его соединений и высокую температуру плавления большинства из них. В промышленности чаще всего прибегают к восстановлению углеродом из диоксида. Проводят реакцию в дуговых печах при температуре 1800 С. Таким образом получают неметалл чистотой в 99,9%, что для его применения недостаточно.

Полученный материал хлорируют с тем, чтобы получить хлориды и гидрохлориды. Затем соединения очищают всеми возможными методами от примесей и восстанавливают водородом.

Очистить вещество можно и за счет получения силицида магния. Силицид подвергают действию соляной или уксусной кислоты. Получают силан, а последний очищают различными способами – сорбционным, ректификацией и так далее. Затем силан разлагают на водород и кремний при температуре в 1000 С. В этом случае получают вещество с долей примеси 10-8–10-6%.

Применение вещества

Для промышленности наибольший интерес представляют электрофизические характеристики неметалла. Его монокристаллическая форма является непрямозонным полупроводником. Свойства его определяются примесями, что позволяет получать кристаллы кремния с заданными свойствами.

Так, добавка бора, алюминия, индия дает возможность вырастить кристалл с дырочной проводимостью, а введение фосфора или мышьяка – кристалл с электронной проводимостью.

  • Кремний в буквальном смысле слова служит основой современной электротехники. Из него изготавливают транзисторы, фотоэлементы, интегральные схемы, диоды и так далее. Причем функциональность прибора определяет практически всегда только приповерхностный слой кристалла, что обуславливает весьма специфические требования именно к обработке поверхности.
  • В металлургии технический кремний применяют и как модификатор сплавов – придает большую прочность, и как компонент – в бронзах, например, и как раскислитель – при производстве чугуна.
  • Сверхчистый и очищенный металлургический составляют основу солнечной энергетики.
  • Диоксид неметалла встречается в природе в очень разных формах. Его кристаллические разновидности – опал, агат, сердолик, аметист, горный хрусталь, нашли свое место в ювелирном деле. Не столь привлекательные внешне модификации – кремень, песок, кварц, используются и в металлургии, и в строительстве, и в радиоэлектротехнике.
  • Соединение неметалла с углеродом – карбид, применяется и в металлургии, и в приборостроении, и в химической промышленности. Он является широкозональным полупроводником, отличается высокой твердостью – 7 по шкале Мооса, и прочностью, что и позволяет применять его в качестве абразивного материала.
  • Силикаты – то есть, соли кремниевой кислоты. Неустойчивы, легко разлагаются под действием температуры. Примечательность их в том, что они образуют многочисленные и разнообразные соли. А вот последние являются основой при производстве стекла, керамики, фаянса, хрусталя, цемента и бетона. Можно смело сказать, что современное строительство зиждется на разнообразных силикатах.
  • Стекло представляет здесь наиболее интересный случай. Основой его служат алюмосиликаты, но ничтожные примеси других веществ – обычно оксидов, придают материалу массу разных свойств, в том числе и цвет. Керамика – клинкер, фаянс, фарфор, по сути, имеет ту же формулу, хотя и с другим соотношением компонентов, и ее разнообразие тоже поразительно.
  • Неметалл обладает еще одной способностью: образует соединения по типу углеродных, в виде длинной цепочки из атомов кремния. Такие соединения носят название кремнийорганических. Сфера их применения не менее известна – это силиконы, герметики, смазки и так далее.

Кремний – очень распространенный элемент и имеет необыкновенно большое значение в очень многих сферах народного хозяйства. Причем активно используется не только само вещество, но все его разнообразные и многочисленные соединения.

Источники:

http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/vspomogatelnyie-veshhestva/kremniy.html

http://www.mining-enc.ru/k/kremnij-/

vseprokamni.ru

Кремнезем - это... Что такое Кремнезем?

Кварц

Кварцевое стекло

Диокси́д кре́мния (оксид кремния (IV), кремнезём, SiO2) — бесцветные кристаллы, tпл 1713—1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью.

Свойства

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространенная из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии

При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше 573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях. При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит, а затем в стишовит (который впервые был обнаружен на месте эпицентра ядерного взрыва). Согласно некоторым исследованиям стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с плавиковой кислотой:

SiO2 + 6HF → H2[SiF6] + 2H2O,

и газообразным фтороводородом HF:

SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O.

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH2O·ySiO2 (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

SiO2 + 4NaOH → (2Na2O)·SiO2 + 2H2O,

метасиликат кальция:

SiO2 + СаО → СаО·SiO2,

или смешанный силикат кальция и натрия:

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 → Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2↑.

Из силиката Na2O·CaO·6SiO2 изготовляют оконное стекло.

Следует отметить, что большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют растворимым стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов выступает группа [SiO4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырех атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400—500°C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2.

В лабораторный условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот на силикатные соли. Например:

Na2SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa+H2SiO3,

кремниевая кислота сразу разлагается на воду и SiO2, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87% массы литосферы.

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (SiH4). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремневой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: до 320 м²/г.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Химия кремния | CHEMEGE.RU

 

1. Положение кремния в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение кремния
3. Физические свойства и нахождение в природе кремния
4. Качественные реакции на силикаты
5. Основные соединения кремния
6. Способы получения кремния
7. Химические свойства кремния
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и углеродом
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с активными металлами
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с щелочами
7.2.2. Взаимодействие с кислотами
7.2.3. Взаимодействие с азотной кислотой

Бинарные соединения кремния — силициды, силан и др.

Оксид кремния (IV) 
 1. Физические свойства и нахождение в природе 
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с щелочами и основными оксидами
2.2. Взаимодействие с водой
2.3. Взаимодействие с карбонатами
2.4. Взаимодействие с кислотами
2.5. Взаимодействие с металлами
2.6. Взаимодействие с неметаллами

Кремниевая кислота 
 1. Строение молекулы и физические свойства 
 2. Способы получения 
3. Химические свойства 

Силикаты 

Кремний

Положение в периодической системе химических элементов

Кремний расположен в главной подгруппе IV группы  (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение кремния

Электронная конфигурация  кремния в основном состоянии:

+14Si 1s22s22p63s23p2    

Электронная конфигурация  кремния в возбужденном состоянии:

+14Si* 1s22s22p63s13p3    

Атом кремния содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома кремния — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства, способы получения и нахождение в природе кремния 

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Оксид кремния SiO2 образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем.

Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см3. Полупроводник.

Качественные реакции

Качественная реакция на силикат-ионы SiO32- — взаимодействие  солей-силикатов с сильными кислотами. Кремниевая кислота – слабая. Она легко выделяется из растворов солей кремниевой кислоты при действии на них более сильными кислотами.

Например, если к раствору силиката натрия прилить сильно разбавленный раствор соляной кислоты, то кремниевая кислота выделится не в виде осадка, а в виде геля. Раствор помутнеет и «застынет».

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2 NaCl

Видеоопыт взаимодействия силиката натрия с соляной кислоты (получение кремниевой кислоты) можно посмотреть здесь.

Соединения кремния

Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.

Наиболее типичные соединения кремния:

Степень окисленияТипичные соединения
+4оксид кремния (IV) SiO2

кремниевая кислота H2SiO3

силикаты MeSiO3

бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)

-4силан SiH4

силициды металлов (силицид натрия Na4Si)

Способы получения кремния

В свободном состоянии кремний был получен Берцелиусом в 1822 г. Его латинское название «силиций» произошло от латинского слова «sileх», что означает «кремень». Аморфный кремний в лаборатории можно получить при прокаливании смеси металлического магния с диоксидом кремния. Для опыта диоксид кремния следует тщательно измельчить. При нагревании смеси начинается бурная реакция. Одним из продуктов этой реакции является аморфный кремний.

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

Еще один способ получения кремния в лаборатории — восстановление из оксида алюминием:

3SiO2 + 4Al → 3Si + 2Al2O3

В промышленности использовать дорогие алюминий и магний неэффективно, поэтому используют другие, более дешевые способы:

1. Восстановление из оксида коксом в электрических печах:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Однако в таком процессе процессе образующийся кремний загрязнен примесями карбидов кремния, и для производства, например, микросхем уже не подходит.

2. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С:

SiCl4 +2H2 → Si + 4HCl

или цинком:

SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2

3. Также чистый кремний получается при разложении силана:

SiH4 → Si + 2H2

Химические свойства

При нормальных условиях кремний существует в виде атомного кристалла, поэтому химическая активность кремния крайне невысокая.

1. Кремний проявляет свойства окислителя (при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (при взаимодействии с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому кремний реагирует и с металлами, и с неметаллами.

1.1. При обычных условиях кремний реагирует с фтором с образованием фторида кремния (IV):

Si  +  2F2  → SiF4

При нагревании кремний реагирует с хлором, бромом, йодом:

Si   +   2Cl2  →   SiCl4

Si    +   2Br→   SiBr4

1.2. При сильном нагревании (около 2000оС) кремний реагирует с углеродом с образованием бинарного соединения карбида кремния (карборунда):

C   +   Si  → SiC

При температуре выше 600°С взаимодействует с серой:

Si   +   2S   →  SiS2

1.3. Кремний не взаимодействет с водородом.

1.4. С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

3Si  + 2N→  Si3N4

1.5. В реакциях с активными металлами кремний проявляет свойства окислителя. При этом образуются силициды:

2Ca + Si → Ca2Si

Si    +   2Mg   →    Mg2Si

1.6. При нагревании выше 400°С кремний взаимодействует с кислородом:

Si   +   O2   →  SiO2 

2. Кремний взаимодействует со сложными веществами:

2.1. В водных растворах щелочей кремний растворяется с образованием солей кремниевой кислоты. При этом щелочь окисляет кремний.

Si    +   2NaOH   +   H2O   →   Na2SiO3   +   2H2

2.2. Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот, но аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты:

Si    +   6HF  →   H2[SiF6]    +   2H2

При обработке кремния безводным фтороводородом комплекс не образуется:

Si(тв.)    +   4HF(г.)   =   SiF4    +   2H2

С хлороводородом кремний реагирует при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.

2.3. Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

3Si    +   4HNO +   12HF   →  3SiF4   +   4NO   +   8H2O

Бинарные соединения кремния

Силициды металлов

Силициды – это бинарные соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4. Химическая связь в силицидах металлов — ионная.

Силициды, как правило, легко гидролизуются в воде или в кислой среде.

Например, силицид магния разлагается водой на гидроксид магния и силан:

Mg2Si   +   4H2O   →  2Mg(OH)2   +   SiH4

Соляная кислота легко разлагает силицид магния:

Mg2Si   +   4HCl   →  2MgCl2   +   SiH4

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах:

2Mg + Si → Mg2Si

2MgO + SiO2 + 4C → Mg2Si + 4CO

Силан

Силан – это бинарное соединение кремния с водородом SiH4, ядовитый бесцветный газ.

Если поместить порошок силицида магния в очень слабый раствор соляной кислоты, то на поверхности раствора образуются пузырьки газа. Они лопаются и загораются на воздухе. Это горит силан. Он образуется при взаимодействии кислоты с силицидом магния:

Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4

Видеоопыт получения силана из силицида магния можно посмотреть здесь.

На воздухе силан горит с образованием SiO2 и H2O:

SiH4    +    2O2  → SiO2   +   2H2O

Видеоопыт сгорания силана можно посмотреть здесь.

Силан разлагается водой разлагается с выделением водорода:

SiH4    +   2H2O   →  SiO +  4H2

Силан разлагается (окисляется) щелочами:

SiH4    +   2NaOH   +   H2O   →   Na2SiO3   +   4H2

Силан при нагревании разлагается:

SiH4 → Si + 2H2

Карбид кремния

В соединениях кремния с неметаллами — ковалентная связь.

Рассмотрим карбид кремния – карборунд Si+4C-4. Это вещество с атомной кристаллической решеткой. Он имеет структуру, подобную структуре алмаза и характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Карборунд окисляется кислородом при высокой температуре:

SiC +2O2 → SiO2 + CO2

Карборунд окисляется кислородом в расплаве щелочи:

SiC + 2O2 + 4NaOH → Na2SiO3 + Na2CO3 + 2H2O

Галогениды кремния

Хлорид и фторид кремния – галогенангидриды кремниевой кислоты.
SiCl4.

Получают галогениды кремния действием хлора на сплав оксида кремния с углем:

SiO2 + C + Cl2  →  SiCl4 + CO

Галогениды кремния разлагаются водой до кремниевой кислоты и хлороводорода:

SiCl4   +   3H2O   →  H2SiO3    +   4HCl

Хлорид кремния (IV) восстанавливается водородом:

SiCl +   2H2  →   Si  +   4HCl

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV)  –  это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид. За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.

1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами. При этом образуются силикаты.

Например, диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:

SiO2   +  2KOH   →    K2SiO +   H2

Еще пример: диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO2   +   CaO   →   CaSiO3

2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой, т.к. кремниевая кислота нерастворима.

3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов. При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.

Например, оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:

SiO2 + K2CO3  → K2SiO3 + CO2

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:

SiO2 + 6HF(г) = SiF+ H2O

SiO2 + 6HF(р-р) → H2[SiF6] + 2H2O

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

Например, оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO2 + 4Mg → Mg2Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Например, оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:

SiO2 + 2Н2 → Si + 2Н2O

Еще пример: оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO2   +   3С → SiС   +   2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

3SiO2     +   Ca3(PO4)2    +   5C   →     3CaSiO3    +    5CO    +   2P

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO2•mH2O. Образует колоидный раствор в воде.

Метакремниевая H2SiOсуществует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например, при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Na2SiO3 + 2HCl  H2SiO3 + 2 NaCl

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Na2SiO3 + 2Н2O + 2CO2 → 2NaHCO3 + H2SiO3

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:

Например, кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидркосидом калия:

H2SiO3 +4KOH → K2SiO3 + 4H2O

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду:

H2SiO3  →  SiO2 + H2O

Силикаты

Силикаты — это соли кремниевой кислоты.  Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

H2SiO3 + 2KOH → K2SiO3 + 2H2O

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + H2

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО   +   SiO2   →   CaSiO3

3.  Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K2SiO3 + CaCl2    →    CaSiO3 + 2KCl

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na2O·CaO·6SiO2.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2:

6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 → Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb2+ – хрусталь; Cr3+ – имеет зеленую окраску, Fe3+ – коричневое бутылочное стекло, Co2+ – дает синий цвет, Mn2+ – красновато-лиловый.

Поделиться ссылкой:

chemege.ru


Смотрите также




Карта сайта, XML.