Діоксид кремнія. Поширення в природі, шляхи отримання, використання
Діоксид кремнію (хімічна формула: SiO2, кремнезем) - це безбарвна кристалічна, склоподібного або аморфна речовина. Цей мінерал у вигляді кварцового піску широко застосовують в будівництві, у виробництві хімічної продукції і радіотехніки, в авіаційному будівництві та багатьох інших галузях.
Поширення кремнезему в природі
Діоксид кремнію міститься в земній корі у вигляді сумішей з деякими іншими мінералами (їх називають граніти) і у вигляді силікатів, входить до складу гірських порід. Найбільш поширений в природі мінерал - кварц, набагато рідше зустрічаються кристобалит, халцедони, тридимит, опали, лешательеріт (кварцове скло). Дрібні кристали кварцу утворюють так званий «жильний» кварц. При поступовому руйнуванні гірських порід утворюються кварцові піски, які, ущільнюючи, призводять до появи кварцитів і пісковиків.
Гірський кришталь - це найбільш чистий кварц, безбарвний. Його кристали можуть важити десятки тонн і досягати довжини в кілька метрів. Також кварц може бути пофарбований різними домішками в фіолетовий колір (аметист), жовтий (цитрин), чорний (моріон), димчастий (раухтопаз). У природі зустрічаються і скритокрісталліческіе форми кварцу: це червоно-рожевий сердолік, зелено-яблучний хризопраз, синюватий сапфір, тонко-забарвлена яшма, онікси і агати піщані, роговики і кремені.
Унікальний «благородний» опал, який складається з колоїдних однорідних частинок діаметром приблизно 0,2 мкм. Ці частинки щільно упаковані в впорядковані агломерати, води в них міститься менше одного відсотка (в більшості опалів - близько семи відсотків). Природні родовища діоксиду кремнію можуть також утворювати диатомит, трепел. З цього мінералу побудовані панцири діатомових водоростей, скелети деяких губок. Він входить до складу стебел рослин - таких, як очерет, хвощ, бамбук.
Як отримують діоксид кремнію?
Синтетичний SiO2 можна отримати:
- шляхом впливу соляної (HCl) або сірчаної (H2SO4) кислот на силікат натрію, рідше - на інші розчинні силікати (цей спосіб є основним у розвинених країнах);
- використовуючи кремнію діоксид колоїдний (шляхом його заморожування або коагуляції під дією іонів F-, Na +);
- шляхом гідролізу фтористого кремнію SiF4, чотирихлористого кремнію SiCl4, тетраетоксисилану (C2H5O) 4Si, твердого десублімата (NH4) 2SiF6 в газовій формі, а також в водно-аміачних і водних розчинах (іноді з додаванням органічних підстав або етанолу).
Діоксид кремнію аморфний отримують:
- з діятимуть і трепелу;
- прокаливанием рисового лушпиння;
- розмелюванням плавленого кварцового піску.
Безводні порошки кремнезему отримують:
- використовуючи хімічне осадження з газової фази;
- шляхом гідролізу і окислення парів складних ефірів пірогенного кремнезему і фтористого кремнію;
- шляхом спалювання парів чотирихлористого кремнію SiCl4 в суміші О2 і Н2.
Як використовують діоксид кремнію?
- кремнезем природний використовують у виробництві виробів з фарфору, бетону, абразивів, цегли силікатної, кераміки, фаянсу, динасу, силікатних стекол;
- кремнезем синтетичний ( «сажу білу») використовують в якості наповнювача у виробництві гум;
- монокристали кварцу знайшли застосування в радіотехніці (фільтри, стабілізатори частоти п`єзоелектричні, резонатори), в акустоелектроніці і акустооптиці, в ювелірній справі, в оптичному приладобудуванні;
- гірський кришталь і синтетичний діоксид кремнію використовуються як сировина для виробництва кварцового скла, монокристалів кварцу, кварцових волокон і кераміки. У свою чергу, кераміку і кварцове скло застосовують в авіаційній промисловості, оптиці, електроніці та інших галузях. Кварцову тканину використовують як матеріал, що утримує тепло, а кварцові волокна - для створення волоконно-оптичних систем передачі інформації і ліній зв`язку.
