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Siliciumdioxide
Siliciumdioxid
Strukturformel und Molekülmodell
Reines Siliziumdioxid-Pulver
Allgemeines
MolekularformelSiO2
IUPAC-NameSiliciumdioxid
Andere NamenSiliziumdioxid, Silizium(IV)-oxid, Quarz
Molmasse60,0843 G/Maulwurf
LÄCHELN
O=[Si]=O
in Chile
1S/O2Si/c1-3-2
CAS-Nummer14808-60-7
PubChem24261
Beschreibungweiße Kristalle
Warnungen und Sicherheitsvorkehrungen
Gesundheitsschädlich
Warnung
H-SätzeH373
EUH-SätzeNein
P-SätzeNein
Karzinogenmöglich
MAC-Wert0,15 mg/m³
Physikalische Eigenschaften
AggregatzustandFest
FarbeWeiß
Dichte2,648 g/cm²
Schmelzpunkt1710 °C
Siedepunkt2230°C
Löslichkeit im Wasser0,079 g/l
Unlöslich inWasser
Brechungsindex1.458 (589 nm, 20 °C)
Thermodynamische Eigenschaften
ΔfhuhÖso−911 kJ/Maulwurf
soÖso42 J/Maulwurf·k
Wenn nicht anders angegeben normale Bedingungen gebraucht (298.15k oder 25 °C, 1 Bar).
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Siliciumdioxid oder Kieselsäure ist das bekannteste Oxid von Silizium und hat wie Molekularformel SiO2. Der Reinstoff kommt als Weiß vor kristallinPulver, das praktisch unlöslich ist in Wasser.

Zusammen mit Wasser bildet Siliziumdioxid Kieselsäure (obwohl dieser Prozess extrem langsam ist).

Aussehen

Siliziumdioxid kommt in der Natur in verschiedenen Formen vor, sowohl kristallin als auch nicht kristallin (amorph) gestalten. Siliziumdioxid ist die häufigste Siliziumverbindung und auch Hauptbestandteil des Erdkruste, entweder in freier Form als Quarz oder als Teil von Silikate wie in Feldspat und Tonmineralien.

Nichtkristallin (amorph) gestalten

Opal ist ein Beispiel für amorphe Kieselsäure, ebenso wie heißgeschmolzener Quarz (Quarzglas). Siliziumdioxid kommt hauptsächlich in sehr kleinen Partikeln vor, da Sand, das hauptsächlich aus Quarz besteht. In amorpher Form kommt es in bestimmten Pflanzen auch in großen Mengen vor. Verschiedene Arten von amorpher Kieselsäure werden hergestellt und in großem Maßstab in der Industrie verwendet.

Die nichtkristalline (amorph) bilden SiO2 kommt in der Natur als unverzichtbarer Inhaltsstoff vor bei:

Kristalline Form

Folgende kristalline Formen werden unterschieden:.

Kieselsäureanhydrid

Stützstrukturen der Kieselsäure finden sich auch in der NaturAnhydrid für Pflanzen und Tiere. Beispiele bei Tieren sind die Skelette von strahlende Tiere, Kieselalgen und Glasschwämme. Beispiele in Pflanzen sind die Pferdeschwänze.

Synthese

Amorphes (unhydratisiertes) Siliziumdioxid wird industriell durch Verdampfen von Siliziumdioxid bei sehr hohen Temperaturen oder durch Oxidation von Silizium oder Siliziumverbindungen hergestellt:

Das Ergebnis ist ein sehr voluminöses und feinteiliges Pulver. Hydratisiertes amorphes Siliziumdioxid wird in Wasser aus übersättigten Lösungen von Kieselsäure hergestellt. Je nach Bedingungen entsteht kolloidale Kieselsäure als Sol oder Gel, aus der nach Trocknung Fällungskieselsäure hergestellt werden kann.

Das Oxidation von Silan bei 450°C bietet reines Siliziumdioxid:

Eine Alternative ist die Thermolyse von Tetraethylorthosilikat bei 680–730 °C:

Anwendungen

Die Hauptanwendung von Siliziumdioxid liegt in der Herstellung von Glas. Glas wird erstellt von a Mischung aus Sand und Natriumcarbonat zu erhitzen. Manchmal andere Oxide (wie z Eisen(II)-oxid, Aluminiumoxid, Blei(II)-oxid oder Zinkoxid) hinzugefügt, um dem Glas bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Da Siliziumdioxid in einem "allotropen = polymorphen = polymorphen" Zustand vorliegt, kann es auch geeignet gemacht werden für Solarplatten.

Siliziumdioxid ist ein wichtiger Bestandteil von Portland-Zement. Die hitzebeständigen Keramikfliesen auf der Unterseite des Space Shuttles bestehen ebenfalls hauptsächlich aus diesem Material.

Das Mineral hat die E-Nummer E551, weil es in der Lebensmittelindustrie unter anderem als Gerinnungshemmer und auch als Schönungsmittel um die Trübung in Wein und Bier zu beseitigen. [1]

Kieselgel ist kein reines Siliziumdioxid, sondern wird durch Ansäuern von Siliziumdioxid und Natriumcarbonat hergestellt. Es hat viele Verwendungszwecke: Es wird häufig als Trockenmittel (in porösen Beuteln, die an elektronischen Geräten, Medikamenten oder Trockenfutter befestigt sind), als Bindemittel in Tabletten, als Schleifmittel in Zahnpasta (mögen Titan(IV)oxid) und als Trägermaterial für Katalysatoren. Es wird auch in der Chromatographie.

Siliziumdioxid ist Bestandteil vieler moderner und hochwertiger Autowaschmittel. Es verleiht dem Lack Glanz und eine hydrophobe Eigenschaft.

Chromatographie

Biene Chromatographie spezielle Formen von Siliziumdioxid werden verwendet. Im weitaus größten Teil der HPLC wird Kieselgel verwendet als stationäre Phaseob geändert oder nicht. Eine typische Chromatographiesäule enthält eine dichte Packung kleiner hochporöser Kieselsäurepartikel (zwischen 2 und 5 µm Durchmesser). Diese Partikel haben daher eine sehr große Oberfläche, wodurch die Wechselwirkung zwischen Kolonne und zu trennendem Gemisch groß ist und dadurch die Trennung besser abläuft. Außerdem führen kleinere Partikel zu weniger Wirbeldiffusion und daher weniger Peakverbreiterung.

Unmodifiziertes Siliziumdioxid ist ein sehr Polar- Material. Spezifische Eigenschaften eines Kieselgels hängen von mehreren Parametern ab:

  • Interne Struktur (normalerweise in der HPLC verwendete Kieselgele enthalten 5 Silanolgruppen pro nm2).
  • Partikelgröße
  • Porosität und spezifische Oberfläche
  • Chemische Modifikation der Oberfläche (z. B. das Vorhandensein von unpolaren Alkylgruppen)

Toxikologie und Sicherheit

Einatmen von kristallin Siliziumdioxidpulver kann zu Staublunge. Nach Ermessen von IARC (Internationale Agentur für Krebsforschung) Kristallines Siliziumdioxid ist krebserregend, obwohl noch immer Uneinigkeit darüber herrscht, ob zuerst eine Lungenfibrose erforderlich ist oder nicht. Soweit bekannt, verursachen die amorphen Formen von Siliziumdioxid diese gesundheitlichen Auswirkungen nicht. Dennoch sollte die Inhalation von amorphem Quarzstaub wegen der akuten Reizung und Entzündung des Atemwege das kann es verursachen.

Literatur

  • (und) R. K. Iler, Die Chemie der Kieselsäure - ISBN 0-471-02404-X

Externe Links