תחמוצת סיליקון (SIO2): מבנה, תכונות, שימושים, השגה - גוּפָנִי - 2025

תחמוצת סיליקון היא מוצק אורגני נוצר על ידי מליטה של אטום סיליקון ושני חמצן. הנוסחה הכימית שלה היא SiO ₂ . תרכובת טבעית זו נקראת גם סיליקה או סיליקון דו חמצני.

SiO ₂ הוא המינרל השופע ביותר בקרום כדור הארץ, שכן חול מורכב מסיליקה. בהתאם למבנה שלה, סיליקה יכולה להיות גבישית או אמורפית. זה לא מסיס במים, אך מתמוסס בחיידקים בסיסיים ובחומצה הידרפלואורית HF.

חול הוא מקור לסיליקון דו-חמצני SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. מקור: Wikimedia Commons.

SiO ₂ קיים גם במבנה של צמחים, חיידקים ופטריות מסוימים. גם בשלדים של אורגניזמים ימיים. מלבד חול, ישנם גם סוגים אחרים של אבנים העשויות מסיליקה.

סיליקה נמצאת בשימוש נרחב, וממלאת מגוון פונקציות. השימוש הנפוץ ביותר הוא כחומר פילטר לנוזלים כמו שמנים ומוצרי נפט, משקאות כמו בירה ויין, כמו גם מיצי פירות.

אבל יש לו יישומים רבים אחרים. אחד המועילים והחשובים ביותר הוא בייצור משקפיים ביו-אקטיביים, המאפשרים לייצר "פיגומים" שבהם תאי עצם צומחים כדי לייצר חתיכות עצם החסרות במקרה או מחלה.

מִבְנֶה

סיליקון דו-חמצני SiO ₂ הוא מולקולת תלת אטומית, בה אטום הסיליקון נקשר לשני אטומי חמצן קשורים קוולנטיים.

מבנה כימי של מולקולת SiO ₂ . גראסו לואיג'י. מקור: Wikimedia Commons.

היחידה המבנית של סיליקה מוצקה ככזו היא טטרהדרון בו אטום סיליקון אחד מוקף על ידי 4 אטומי חמצן.

יחידה מבנית של סיליקה מוצקה: אפור = סיליקון, אדום = חמצן. בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

טטרה -דרה קשורה זו לזו על ידי שיתוף אטומי חמצן מקודקודיהם הרציפים.

לכן אטום סיליקון חולק כל אחד מארבעת אטומי החמצן לשניים וזה מסביר את הקשר בתרכובת של אטום סיליקון 1 ל -2 אטומי חמצן (SiO ₂ ).

טטרהדררה חולקת את החמצן ב SiO ₂ . בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

תרכובות SiO ₂ מחולקות לשתי קבוצות: סיליקה גבישית וסיליקה אמורפית.

לתרכובות סיליקה קריסטליות יש מבני דפוס חוזרים של סיליקון וחמצן.

סיליקה קריסטלית כוללת יחידות חוזרות. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: פולימרק, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. מקור: Wikimedia Commons.

כל גביש הסיליקה יכול להיחשב כמולקולה ענקית שבה סריג הגביש חזק מאוד. ניתן לקשור טטרהדרה בדרכים שונות, ומביא צורות גבישיות שונות.

בסיליקה אמורפית, המבנים נקשרים באופן אקראי, מבלי לעקוב אחר דפוס קבוע מוגדר בין המולקולות ואלה נמצאים בקשר מרחבי שונה זה עם זה.

בסיליקה אמורפית הקשרים אינם חוזרים על עצמם או אחידים. Silica.svg: * Silica.jpg: en: משתמש: Jdrewittderivative work: Matt. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

תחמוצת סיליקון

-סיליקון דו חמצני

-סיליקה

-קְוָרץ

טרידיטה

-כריסטובליט

-דיוקסוזילאן

נכסים

מצב פיזי

חסר צבע עד אפור.

מדגם של SiO ₂ טהור. LHcheM. מקור: Wikimedia Commons.

משקל מולקולרי

60.084 גרם / מול

נקודת המסה

1713 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

2230 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

2.17-2.32 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

לא מסיס במים. סיליקה אמורפית מסיסה באלסיס, במיוחד אם היא מחולקת דק. מסיסים בחומצה הידרפלואורית HF.

סיליקה אמורפית פחות הידרופילית, כלומר פחות קשורה למים מאשר גבישית.

תכונות כימיות

SiO ₂ או סיליקה הם למעשה אינרטים לרוב החומרים, הם מגיבים מעט מאוד.

מתנגד להתקפה מכלור Cl ₂ , ברום Br ₂ , מימן H ₂ ורוב החומצות בטמפרטורת החדר או מעט גבוה יותר. הוא מותקף על ידי פלואור F ₂ , חומצה הידרפלואורית HF ועל ידי אלקליות כגון נתרן קרבונט Na ₂ CO ₃ .

SiO ₂ יכול לשלב עם אלמנטים מתכתיים ותחמוצות ליצירת סיליקט. אם נמס סיליקה עם פחמתי אלקלי מתכתי בערך 1300 מעלות צלזיוס, מתקבלים סיליקטים אלקלים והתפתחות CO ₂ .

זה לא דליק. יש לו מוליכות תרמית נמוכה.

נוכחות בטבע

המקור העיקרי לסיליקה בטבע הוא חול.

SiO ₂ או סיליקה הם בצורת שלושה זנים גבישיים: קוורץ (הכי יציב), טרידימיט וקריסטובליט. צורות אמורפיות של סיליקה הן אגת, ג'ספר ואוניקס. אופל הוא סיליקה לחות אמורפית.

יש גם מה שמכונה סיליקה ביוגנית, כלומר שנוצרת על ידי אורגניזמים חיים. המקורות לסיליקה מסוג זה הם חיידקים, פטריות, דיאאטומים, ספוגיות ים וצמחים.

החלקים המבריקים והקשים של במבוק וקש מכילים סיליקה, והשלדים של כמה אורגניזמים ימיים הם בעלי שיעור גבוה של סיליקה; עם זאת, החשובים ביותר הם אדמות דיאטומיות.

אדמות Diatomaceous הם תוצרים גיאולוגיים של אורגניזמים חד תאיים ריקבון (אצות).

סוגים אחרים של סיליקה טבעית

בטבע ישנם גם הזנים הבאים:

- סיליקה מזגוגית שהיא משקפיים געשיים

- לקטריאליטים שהם משקפיים טבעיים המיוצרים על ידי מיזוג של חומר סיליקי תחת השפעת מטאוריטים

- סיליקה התמזגה שהיא סיליקה מחוממת לשלב הנוזל וקיררה מבלי לאפשר לה להתגבש

להשיג

סיליקה מחולות מתקבלת ישירות ממחצבות.

מחצבת חול בקליפורניה. פאף קרם עלים. מקור: Wikimedia Commons.

אדמת דיאומיט או דיאומטסי מתקבלת גם בדרך זו, באמצעות מחפרים וציוד דומה.

סיליקה אמורפית מוכנה החל מתמיסות מימיות של סיליקט אלקלי מתכת (כגון נתרן Na) על ידי נטרול עם חומצה, כמו חומצה גופרתית H ₂ SO ₄ , חומצה הידרוכלורית HCl או פחמן דו חמצני CO ₂ .

אם ה- pH הסופי של הפיתרון הוא נייטרלי או אלקליין, מתקבלת סיליקה מזורזת. אם ה- pH הוא חומצי, מתקבל סיליקה ג'ל.

סיליקה מגושמת מוכנה על ידי בעירה של תרכובת סיליקון נדיפה, לרוב סיליקון טטרכלוריד SiCl ₄ . סיליקה ניזוקה מתקבלת מתמיסה מימית של סיליקטים שאליה מתווספת חומצה.

סיליקה קולואידית היא פיזור יציב של חלקיקים בגודל קולואיד של סיליקה אמורפית בתמיסה מימית.

יישומים

ביישומים שונים

לסיליקה או ל- SiO ₂ יש מגוון רחב של פונקציות, למשל היא משמשת כחומר שוחק, סופג, אנטי אפייה, מילוי, אטום וכדי לקדם את ההשעיה של חומרים אחרים, בין אמצעי שימוש רבים אחרים.

הוא משמש למשל:

בייצור זכוכית, קרמיקה, חסיני אש, שוחקים וזכוכית מים

צביעה וטיהור של שמנים ומוצרי נפט

בתבניות יציקה

-כחומר נגד נגד-לחיצה לאבקות מכל הסוגים

-מכחיש ממגן

-סינון נוזלים כגון ממיסים לניקוי יבש, מי בריכת שחייה ומי שפכים עירוניים ותעשייתיים

בייצור בידוד חום, לבנים מעכבי אש וחומרי אריזה עמידים בפני אש וחומצה

-כמילוי בייצור ניירות וקרטון, בכדי להפוך אותם ליותר עמידים

כמילוי לצבעים לשיפור הזרימה והצבע שלהם

-חומרים לליטוש מתכות ועץ, מכיוון שהוא מעניק שוחקים

במעבדות ניתוח כימיות בכרומטוגרפיה וכסופג

-כחומר אנטי-לעוגה בפורמולות חרקוניות ואגרוכימיות, כדי לעזור לטחון חומרי הדברה שעווה וכנושא של התרכובת הפעילה

-כמו תומך זרז

כמו מילוי לחיזוק גומי וגומי סינטטי

-נושא נוזלים במזון לבעלי חיים

בהדפסת דיו

-כמייבש חומר וספיגה בצורה של סיליקה ג'ל

-כמו תוסף במלט

- כמו חול לחיות מחמד

מבודדים למיקרואלקטרוניקה

-במתגים תרמו-אופטיים

סיליקה ג'ל. קנפי. מקור: Wikimedia Commons.

בתעשיית המזון

סיליקה אמורפית משולבת במגוון מוצרי מזון כמרכיב ישיר רב תכליתי בסוגי מזון שונים. זה לא יעלה על 2% מהמזון המוגמר.

לדוגמא, הוא משמש כחומר אנטי-לעוגה (כדי למנוע דבקות של מזונות מסוימים), כמייצב בייצור הבירה, כנוזל נגד המשקעים, לסינון יין, בירה, ומיצי פירות וירקות.

ציוד לסינון יין עם אדמת diatomaceous (SiO ₂ ). פאביו אינגרוסו. מקור: Wikimedia Commons.

זה משמש כחומר סופג לנוזלים במזונות מסוימים וכרכיב של מיקרו קפסולות לשמנים בטעמים.

בנוסף, מיושם SiO ₂ אמורפי בתהליך מיוחד על פני הפלסטיקה של פריטי אריזות מזון, המשמשים כמחסום.

בתעשיית התרופות

הוא מתווסף כחומר נגד עיגול, עיבוי, ג'לציה וכעזרת חומר עזר, כלומר כעזר טבליות לתרופות וויטמינים שונים.

בענף הקוסמטיקה והטיפול האישי

הוא משמש במגוון מוצרים: באבקות פנים, צלליות, עפעפיים, שפתונים, סומק, מסירי איפור, אבקות, אבקות כפות רגליים, צבעי שיער ואקונומיקות.

כמו כן בשמנים ומלחי אמבטיה, אמבטיות קצף, קרמי ידיים וגוף, קרם לחות, דאודורנטים, משחות פנים או מסכות (למעט משחות גילוח), בשמים, קרמים וקרמים לניקוי.

כמו כן בקרמים לחות לילה, לקים וצבעים, קרמים מרעננים לעור, טונרים לשיער, משחת שיניים, מזגנים לשיער, ג'לי שיזוף וקרמים.

ביישומים טיפוליים

SiO ₂ קיים בכוסות ביו-אקטיביות או בביגלסות שהמאפיין העיקרי שלהם הוא שהם יכולים להגיב כימית עם הסביבה הביולוגית הסובבת אותם, ויוצרים קשר חזק ומתמשך עם רקמה חיה.

סוג זה של חומר משמש לייצור תחליפי עצם כמו אלה בפנים, כ"פיגומים "שעליהם יצמחו תאי עצם. הם הראו תאימות ביולוגית טובה עם עצמות ורקמות רכות כאחד.

ביגלסות אלו יאפשרו להחלים עצמות מפניהם של אנשים שאיבדו אותן במקרה או מחלה.

סיכונים

חלקיקי סיליקה עדינים מאוד יכולים להתעופף באוויר וליצור אבק שאינו מתפרץ. אבל אבק זה יכול לגרות את העור והעיניים. שאיפתו גורמת לגירוי בדרכי הנשימה.

בנוסף, שאיפת אבק סיליקה גורמת לנזק מתקדם לטווח הארוך לריאות, המכונה סיליקוזיס.

הפניות

1. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). דו תחמוצת הסיליקון. התאושש מ- pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
3. דה סילבה, מר ואח '. (2017). טכניקות מיצוי ירוקות. סורבנטים מבוססי סיליקה. בכימיה אנליטית מקיפה. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. ילן, ח. (עורך). (2018). משקפיים ביו-אקטיביים: חומרים, תכונות ויישומים (מהדורה שנייה). אלזביאר. התאושש מ- books.google.co.ve.
5. Windholz, M. et al. (עורכים) (1983) מדד מרק. אנציקלופדיה של כימיקלים, תרופות וביולוגיות. המהדורה העשירית. מרק ושות 'בע"מ
6. Mäkinen, J. ו- Suni, T. (2015). סרטים עבים של SOI ופלים. בחוברת חומרים וטכנולוגיות MEMS מבוססות סיליקון (מהדורה שנייה). התאושש מ- sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. et al. (2010). מתגים תרמו-אופטיים. ננו-קריסטלי סיליקון. התאושש מ- sciencedirect.com.