سیلیس

انواع سیلیس موجود در بازار

• سیلیس پگماتیتی ضد اسید
• سیلیس شیشه ای
• سیلیس درجه1
• سیلیس ممتاز
• سیلیس درجه 2
• سیلیس درجه 3

سیلیس فیلتراسیون

• سیلیس نمره یک از قطر 5/0 میلی متر تا 5/1 میلی متر.
• سیلیس نمره دو از قطر 2 میلی متر تا 5/3 میلی متر.
• سیلیس نمره سه از قطر 4 میلی متر تا 8 میلی متر.
• سیلیس نمره چهار از قطر 8 میلی متر تا 12 میلی متر.

شیمی سیلیس و مزایای بالقوه آن برای سلامتی

سیلیس نامیده می شود دی اکسید سیلیکون

، ترکیبی از فراوان ترین عنصر در زمین ، سیلیکون و اکسیژن ، SiO 2 است. جرم پوسته زمین 59 درصد سیلیس است که ماده اصلی تشکیل دهنده بیش از 95 درصد سنگ های شناخته شده است. سیلیس دارای سه نوع کریستالی اصلی است: کوارتز (به مراتب فراوان ترین)، تری دیمیت و کریستوبالیت . انواع دیگر شامل کوزیت ، لشاتلیریت . سیلیس ماسه در ساختمان ها و جاده ها به صورت سیمان پرتلند , بتن و ملات و همچنین ماسه سنگ استفاده می شود . سیلیس همچنین در سنگ زنی و پرداخت شیشه و سنگ استفاده می شود. در قالب های ریخته گری؛ در ساخت شیشه، سرامیک ، کاربید سیلیکون و سیلیکون ؛ به عنوان یک ماده نسوز؛ و به عنوان سنگهای قیمتی . سیلیکاژل اغلب به عنوان یک ماده خشک کننده برای از بین بردن رطوبت استفاده می شود.

سیلیس چیست؟

سیلیس یکی از رایج ترین مواد معدنی در پوسته زمین است. شیشه، ماسه ساحلی، سیلیکون و گرانیت همگی مواد سیلیکا هستند. دو شکل سیلیس وجود دارد – کریستالی و غیر کریستالی. سیلیس کریستالی نگرانی بزرگ تری برای سلامت ریه های ما است.

رایج ترین شکل سیلیس کریستالی کوارتز است که در ماسه، شن، خاک رس، گرانیت، خاک دیاتومه و بسیاری از اشکال دیگر سنگ یافت می شود. سیلیس غیر کریستالی در شیشه، سیلیکون کاربید و سیلیکون یافت می شود. این مواد برای ریه ها بسیار کم خطر هستند.

وقتی در مورد قرار گرفتن در معرض سیلیس صحبت می کنیم، در مورد سیلیس کریستالی یا کوارتز صحبت می کنیم. کارگران ساختمانی ممکن است هنگام برش، سنگ زنی، حفاری، سنباده زدن، مخلوط کردن یا تخریب مواد حاوی سیلیس در معرض سیلیس قرار گیرند.

اندازه ذرات سیلیس موجود در هوا میزان خطر را تعیین می کند. ذرات کوچک‌تر را می‌توان به عمق ریه‌ها استنشاق کرد، جایی که می‌توانند باعث آسیب شوند. ذرات بزرگتر، مانند شن و ماسه ساحل، چندان نگران کننده نیستند، زیرا برای استنشاق بسیار بزرگ هستند.

دی اکسید سیلیکون

پرش به پیمایش پرش به جستجو

“سیلیکا” به اینجا هدایت می شود. برای کاربردهای دیگر، سیلیس (ابهام‌زدایی) .

دی اکسید سیلیکون

نمونه ای از دی اکسید سیلیکون
نام ها
نام IUPAC دی اکسید سیلیکون
نامهای دیگر کوارتز سیلیس اکسید سیلیس اکسید سیلیکون (IV) سیلیس کریستالی سیلیس خالص سیلیس ماسه سیلیس
شناسه ها
شماره CAS	7631-86-9
ChEBI	CHEBI: 30563
ChemSpider	22683
کارت اطلاعات ECHA	100.028.678
شماره EC	231-545-4
شماره E	E551 (تنظیم کننده اسید، …)
مرجع Gmelin	200274
KEGG	C16459
مش	سیلیکون + دی اکسید
PubChem CID	24261
شماره RTECS	VV7565000
مقداری	ETJ7Z6XBU4
داشبورد CompTox ( EPA )	DTXSID1029677

دی اکسید سیلیکون نیز شناخته می شود سیلیس ، اکسیدی از سیلیکون با فرمول شیمیایی است SiO 2 که بیشتر در طبیعت به صورت کوارتز و در موجودات زنده مختلف یافت می شود. [5] [6] در بسیاری از نقاط جهان، سیلیس جزء اصلی ماسه است. سیلیس یکی از پیچیده ترین و فراوان ترین خانواده مواد است که به عنوان ترکیبی از چندین کانی و به عنوان یک محصول مصنوعی وجود دارد. نمونه های قابل توجه عبارتند از کوارتز ذوب شده ، سیلیس دود ، سیلیکاژل ، اوپال و آئروژل . در مواد ساختاری، میکروالکترونیک (به عنوان عایق الکتریکی )، و به عنوان اجزای سازنده در صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود.

ساختار

در اکثر سیلیکات ها، اتم سیلیکون هماهنگی چهار وجهی ، با چهار اتم اکسیژن که یک اتم سی مرکزی را احاطه کرده اند ( به سلول واحد سه بعدی مراجعه کنید ). بنابراین، SiO 2 جامدات شبکه سه بعدی را تشکیل می دهد که در آن هر اتم سیلیکون به صورت چهار وجهی به 4 اتم اکسیژن پیوند کووالانسی دارد. در مقابل، CO 2 یک مولکول خطی است. ساختارهای کاملاً متفاوت دی اکسیدهای کربن و سیلیکون نمودی از قانون پیوند دوگانه است .

SiO 2 چندین شکل کریستالی متمایز دارد ، اما آنها تقریباً همیشه ساختار محلی مشابهی در اطراف Si و O دارند. در α-کوارتز طول پیوند Si-O 161 pm است، در حالی که در α-تریدیمیت در محدوده 154-171 pm است. . زاویه Si-O-Si نیز بین مقدار کم 140 درجه در α-تریدیمیت، تا 180 درجه در β-تریدیمیت متغیر است. در کوارتز α، زاویه Si-O-Si 144 درجه است. [8]

پلی مورفیسم

کوارتز آلفا شکل پایدار SiO 2 در دمای اتاق است. کانی های با دمای بالا، کریستوبالیت و تری دیمیت ، هم چگالی و هم شاخص های شکست کمتری نسبت به کوارتز دارند. تبدیل از α-کوارتز به بتا-کوارتز به طور ناگهانی در دمای 573 درجه سانتیگراد انجام می شود. از آنجایی که تبدیل با تغییر حجم قابل توجهی همراه است، به راحتی می تواند باعث شکستگی سرامیک ها یا سنگ هایی شود که از این حد دما عبور می کنند. [۹] کانی‌های سیفرتیت ، استیشوویت و کوزیت ، چگالی و شاخص‌های شکست بالاتری نسبت به کوارتز دارند. [10] Stishovite روتیل دارد که در آن سیلیکون 6 مختصات است. چگالی استیشوویت 4.287 گرم بر سانتی‌متر مکعب است که در مقایسه با کوارتز α، چگالی‌ترین اشکال کم‌فشار، که چگالی 2.648 گرم بر سانتی‌متر مکعب دارد ، است. [11] تفاوت در چگالی را می توان به افزایش هماهنگی نسبت داد زیرا شش کوتاه ترین طول پیوند Si-O در استیشوویت (چهار طول پیوند Si-O 176 pm و دو طول پیوند Si-O 181 pm) بزرگتر از Si-O هستند. طول پیوند (161 pm) در α-کوارتز. [12] تغییر در هماهنگی یونیته پیوند Si-O را افزایش می دهد. [13] مهمتر از آن، هر گونه انحراف از این پارامترهای استاندارد، تفاوت‌ها یا تغییرات ریزساختاری را ایجاد می‌کند که نشان‌دهنده رویکردی به یک آمورف ، زجاجیه یا شیشه‌ای است.

فوجازیت سیلیس فوق‌پایدار Y با سدیم کم و زئولیت با ترکیب اسید و عملیات حرارتی به‌دست می‌آید. محصول به دست آمده حاوی بیش از 99 درصد سیلیس است و دارای بلورینگی و سطح ویژه (بیش از 800 متر مربع در گرم) است. Faujasite-silica پایداری حرارتی و اسیدی بسیار بالایی دارد. به عنوان مثال، درجه بالایی از نظم مولکولی دوربرد یا بلورینگی را حتی پس از جوشاندن در اسید هیدروکلریک غلیظ کند. [14]

مذاب SiO 2

سیلیس مذاب چندین ویژگی فیزیکی عجیب و غریب را نشان می دهد که مشابه آنهایی است که در آب : انبساط دمایی منفی، حداکثر چگالی در دماهای ~ 5000 درجه سانتی گراد و حداقل ظرفیت گرمایی. [15] چگالی آن از 2.08 گرم بر سانتی متر مکعب در 1950 درجه سانتی گراد به 2.03 گرم بر سانتی متر مکعب در 2200 درجه سانتی گراد کاهش می یابد. [16]

SiO 2

SiO 2 ساختاری خطی مانند CO 2 دارد. از ترکیب مونوکسید سیلیکون (SiO) با اکسیژن در یک آرگون تولید ماتریس دی اکسید سیلیکون دایمر، (SiO 2 ) 2 با واکنش O 2 با مونوکسید سیلیکون دایمر جدا شده از ماتریس، (Si 2 O 2 ) به دست آمده است. در دی اکسید سیلیکون دیمری دو اتم اکسیژن با زاویه Si-O-Si 94 درجه و طول پیوند 164.6 pm و طول پیوند Si-O انتهایی 150.2 pm بین اتم های سیلیکون پل می شوند. طول پیوند Si-O 148.3 pm است که با طول 161 pm در α-کوارتز مقایسه می شود. انرژی پیوند 621.7 کیلوژول بر مول برآورد شده است. [17]

استفاده می استفاده از سازه

حدود 95 درصد از استفاده تجاری از دی اکسید سیلیکون (شن و ماسه) در صنعت ساخت و ساز انجام می شود، به عنوان مثال برای تولید بتن (بتن سیمان پرتلند ). [18]

ذخایر خاصی از ماسه سیلیس با اندازه و شکل ذرات مطلوب و خاک رس و سایر مواد معدنی مطلوب، برای ریخته‌گری شن و ماسه محصولات فلزی مهم بودند. [23] نقطه ذوب بالا سیلیس را قادر می سازد تا در چنین کاربردهایی مانند ریخته گری آهن استفاده شود. ریخته گری شن و ماسه مدرن گاهی اوقات به دلایل دیگری از مواد معدنی دیگر استفاده می کند.

سیلیس کریستالی در شکست هیدرولیکی سازندهایی که حاوی نفت تنگ و گاز شیل . [24]

پیش ساز شیشه و سیلیکون

سیلیس ماده اولیه در تولید بیشتر شیشه است. همانطور که سایر مواد معدنی با سیلیس ذوب می شوند، اصل فرورفتگی نقطه انجماد نقطه ذوب مخلوط را کاهش می دهد و سیالیت را افزایش می دهد. دمای انتقال شیشه ای خالص 2 حدود 1475 کلوین است. [25] وقتی دی اکسید سیلیسیم مذاب SiO 2 به سرعت سرد می شود، متبلور نمی شود، بلکه به صورت شیشه جامد می شود. به همین دلیل، بیشتر لعاب های سرامیکی دارای سیلیس به عنوان ماده اصلی هستند.

هندسه ساختاری سیلیکون و اکسیژن در شیشه شبیه به کوارتز و اکثر اشکال کریستالی سیلیکون و اکسیژن با سیلیکون است که توسط چهار وجهی منظم از مراکز اکسیژن احاطه شده است. تفاوت بین اشکال شیشه ای و کریستالی از اتصال واحدهای چهار وجهی ناشی می شود: اگرچه تناوب دوربردی در نظم شبکه شیشه ای وجود ندارد در مقیاس های طولی بسیار فراتر از طول پیوند SiO باقی می ماند. یکی از نمونه های این ترتیب، ترجیح تشکیل حلقه های 6 چهار وجهی است. [26]

اکثر فیبرهای نوری برای مخابرات نیز از سیلیس ساخته شده اند. این ماده اولیه برای بسیاری از سرامیک ها مانند ظروف سفالی ، سنگی و چینی است.

عنصری سیلیکون شود. این فرآیند شامل کاهش کربوترمیک در یک کوره قوس الکتریکی است : [27]

SiO 2 + 2 سی ⟶ و + 2 CO {\displaystyle {\ce {SiO2 + 2 C -> Si + 2 CO}}}

سیلیس دود شده

سیلیس که به عنوان سیلیس تب زا نیز شناخته می شود، با سوزاندن SiCl 4 در شعله هیدروژن غنی از اکسیژن برای تولید “دود” SiO 2 می شود. [11]

SiCl 4 + 2 اچ 2 + O 2 ⟶ SiO 2 + 4 HCl {\displaystyle {\ce {SiCl4 + 2 H2 + O2 -> SiO2 + 4 HCl}}}

همچنین می توان آن را با تبخیر شن کوارتز در قوس الکتریکی 3000 درجه سانتی گراد تولید کرد. هر دو فرآیند منجر به قطرات میکروسکوپی سیلیس آمورف می شوند که به ذرات ثانویه شاخه دار، زنجیره ای و سه بعدی ذوب می شوند که سپس به ذرات سوم، یک پودر سفید با چگالی ظاهری بسیار کم (0.03-0.15 گرم بر سانتی متر مکعب) و در نتیجه سطح بالا تجمع می یابد . . [28] این ذرات به عنوان یک تیکسوتروپیک یا به عنوان یک عامل ضد جوش عمل می کنند و می توان آنها را برای آب دوست یا آبگریز برای کاربردهای آب یا مایع آلی درمان کرد.

دوده سیلیس یک پودر بسیار ریز است که به عنوان محصول جانبی تولید سیلیکون و فروسیلیکون آلیاژ از بی شکل (غیر کریستالی) با قطر ذرات متوسط ​​150 نانومتر، بدون انشعاب محصول تب زا تشکیل شده است. استفاده اصلی به عنوان پوزولانی برای بتن با کارایی بالا است. نانو ذرات سیلیس دوددار را می توان با موفقیت به عنوان یک عامل ضد پیری در چسب آسفالت استفاده کرد. [29]

کاربردهای غذایی، آرایشی و بهداشتی و دارویی

سیلیس، اعم از کلوئیدی، رسوبی، یا بخار زا، یک افزودنی رایج در تولید مواد غذایی است. این ماده عمدتاً به عنوان یک عامل جریان یا ضد کیک در غذاهای پودری مانند ادویه ها و خامه قهوه غیر لبنی یا پودرهایی برای تبدیل شدن به قرص های دارویی استفاده می شود. [28] می تواند سنجی جذب آب را در رطوبت کاربردهای سیلیس کلوئیدی به عنوان یک کننده برای شراب، آبجو و آب میوه با شماره E551 صاف استفاده می شود. [18]

در لوازم آرایشی، سیلیس به دلیل خاصیت انتشار نور [30] و جذب طبیعی آن مفید است. [31]

خاک دیاتومه ، یک محصول استخراج شده، قرن ها در مواد غذایی و آرایشی استفاده می شود. از پوسته های سیلیسی دیاتومه . در شکل کمتر فرآوری شده به عنوان “پودر دندان” فروخته می شد. [ نیازمند منبع ] ساخته شده یا استخراج سیلیس هیدراته به عنوان ساینده سخت در خمیر دندان استفاده می شود.

نیمه هادی ها

دی اکسید سیلیکون به طور گسترده در فناوری نیمه هادی استفاده می شود

• برای غیرفعال سازی اولیه (مستقیم روی سطح نیمه هادی)،
• به عنوان یک دی الکتریک گیت در فناوری MOS . امروزه که مقیاس بندی (بعد طول دروازه ترانزیستور MOS) به زیر 10 نانومتر رسیده است، دی اکسید سیلیکون با سایر مواد دی الکتریک مانند اکسید هافنیوم یا مشابه با ثابت دی الکتریک بالاتر در مقایسه با دی اکسید سیلیکون
• به عنوان یک لایه دی الکتریک بین لایه های فلزی (سیم کشی) (گاهی تا 8-10) عناصر اتصال و
• به عنوان یک لایه غیرفعال دوم (برای محافظت از عناصر نیمه هادی و لایه های متالیزاسیون) که معمولاً امروزه با برخی دی الکتریک های دیگر مانند نیترید سیلیکون شود.

از آنجایی که دی اکسید سیلیکون یک اکسید بومی سیلیکون است، در مقایسه با نیمه هادی های دیگر مانند آرسنید گالیم یا فسفید ایندیم دارد.

دی اکسید سیلیکون را می توان روی نیمه هادی . [32] لایه‌های اکسید سیلیکون می‌توانند از سطوح سیلیکون در طول فرآیندهای انتشار و می‌توانند برای پوشش‌دهی انتشار استفاده شوند. [33] [34]

سطحی فرآیندی است که در آن یک سطح نیمه هادی بی اثر می شود و خواص نیمه هادی را در نتیجه برهم کنش با هوا یا سایر مواد در تماس با سطح یا لبه کریستال تغییر نمی دهد. [35] [36] تشکیل یک حرارتی غلظت حالت های الکترونیکی را در سطح سیلیکون . [36] SiO 2 فیلم‌های ویژگی‌های الکتریکی اتصالات p-n و از بدتر شدن این ویژگی‌های الکتریکی توسط محیط گازی محیط جلوگیری می‌کنند. [34] لایه‌های اکسید سیلیکون می‌توانند برای تثبیت الکتریکی سطوح سیلیکونی استفاده شوند. [33] فرآیند غیرفعال سازی سطحی یک روش مهم برای ساخت دستگاه نیمه هادی است که شامل پوشش یک ویفر سیلیکونی با یک لایه عایق اکسید سیلیکون است تا الکتریسیته بتواند به طور قابل اعتمادی به سیلیکون رسانای زیر نفوذ کند. رشد یک لایه دی اکسید سیلیکون در بالای ویفر سیلیکونی آن را قادر می سازد بر حالت های سطحی غلبه کند که در غیر این صورت از رسیدن الکتریسیته به لایه نیمه هادی جلوگیری می کند. [35] [37]

فرآیند غیرفعال سازی سطح سیلیکون توسط اکسیداسیون حرارتی حیاتی صنعت نیمه هادی . معمولاً برای ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه هادی (MOSFET) و مدار مجتمع (با فرآیند مسطح ) استفاده می شود. [35] [37]

دیگر

سیلیس آبگریز به عنوان یک جزء ضد کف استفاده .

در ظرفیت خود به عنوان یک نسوز ، به شکل الیاف به عنوان یک محافظ حرارتی پارچه [ نیازمند منبع ]

سیلیس به استخراج DNA و RNA دلیل قابلیت اتصال به اسیدهای نوکلئیک در حضور چائوتروپ . [38]

سیلیکا ایروژل در فضاپیمای Stardust برای جمع آوری ذرات فرازمینی استفاده شد. [39]

سیلیس خالص (دی اکسید سیلیکون)، هنگامی که به عنوان کوارتز ذوب شده در شیشه ای بدون نقطه ذوب واقعی سرد می شود، می تواند به عنوان الیاف شیشه برای فایبرگلاس استفاده شود.

تولید

دی اکسید سیلیکون بیشتر از طریق استخراج معدن از جمله استخراج شن و تصفیه کوارتز . کوارتز برای بسیاری از اهداف مناسب است، در حالی که پردازش شیمیایی برای ساختن یک محصول خالص تر یا مناسب تر (مثلاً واکنش پذیرتر یا دانه ریز) مورد نیاز است. [ نیازمند منبع ]

سیلیس رسوبی

سیلیس رسوبی یا سیلیس آمورف از اسیدی شدن محلول های سیلیکات سدیم تولید . رسوب ژلاتینی یا سیلیکاژل ابتدا شسته شده و سپس آبگیری می شود تا سیلیس میکرو متخلخل بی رنگ تولید شود. [11] معادله ایده آل شامل تری سیلیکات و اسید سولفوریک است:

Na 2 و 3 O 7 + اچ 2 بنابراین 4 ⟶ 3 SiO 2 + Na 2 بنابراین 4 + اچ 2 O {\displaystyle {\ce {Na2Si3O7 + H2SO4 -> 3 SiO2 + Na2SO4 + H2O}}}

تقریباً یک میلیارد کیلوگرم در سال (1999) سیلیس به این روش تولید شد که عمدتاً برای کامپوزیت‌های پلیمری – لاستیک‌ها و زیره‌های کفش استفاده می‌شد. [18]

روی ریزتراشه ها

نازک سیلیس به‌طور خودبه‌خودی روی ویفرهای سیلیکونی از طریق اکسیداسیون حرارتی و یک لایه بسیار کم‌عمق از حدود 1 نانومتر یا 10 Å از به اصطلاح اکسید بومی تولید می‌کنند. [40] دماهای بالاتر و محیط های جایگزین برای رشد لایه های خوب کنترل شده دی اکسید سیلیکون روی سیلیکون استفاده می شود، به عنوان مثال در دمای بین 600 تا 1200 درجه سانتیگراد، با استفاده از اکسیداسیون به اصطلاح خشک با . O2

و + O 2 ⟶ SiO 2 {\displaystyle {\ce {Si + O2 -> SiO2}}}

یا اکسیداسیون مرطوب با H 2 O. [41] [42]

و + 2 اچ 2 O ⟶ SiO 2 + 2 اچ 2 {\displaystyle {\ce {Si + 2 H2O -> SiO2 + 2 H2}}}

لایه اکسید بومی در میکروالکترونیک ، جایی که به عنوان عایق الکتریکی با پایداری شیمیایی بالا عمل می کند. می تواند از سیلیکون محافظت کند، شارژ را ذخیره کند، جریان را مسدود کند و حتی به عنوان یک مسیر کنترل شده برای محدود کردن جریان جریان عمل کند. [43]

روشهای آزمایشگاهی یا ویژه

از ترکیبات ارگانوسیلیکن

بسیاری از مسیرهای رسیدن به دی اکسید سیلیکون با یک ترکیب ارگانوسیلیسیون شروع می شود، به عنوان مثال، HMDSO، [44] TEOS. سنتز سیلیس در زیر با استفاده از تترااتیل ارتوسیلیکات (TEOS) نشان داده شده است. [45] به سادگی گرم کردن TEOS در دمای 680-730 درجه سانتیگراد باعث ایجاد اکسید می شود:

و ( OC 2 اچ 5 ) 4 ⟶ SiO 2 + 2 O ( سی 2 اچ 5 ) 2 {\displaystyle {\ce {Si(OC2H5)4 -> SiO2 + 2 O(C2H5)2}}}

به طور مشابه TEOS در حدود 400 درجه سانتیگراد می سوزد:

و ( OC 2 اچ 5 ) 4 + 12 O 2 ⟶ SiO 2 + 10 اچ 2 O + 8 CO 2 {\displaystyle {\ce {Si(OC2H5)4 + 12 O2 -> SiO2 + 10 H2O + 8 CO2}}}

TEOS هیدرولیز از طریق فرآیند به اصطلاح سل-ژل . سیر واکنش و ماهیت محصول تحت تأثیر کاتالیزورها قرار می گیرد، اما معادله ایده آل عبارت است از: [46]

و ( OC 2 اچ 5 ) 4 + 2 اچ 2 O ⟶ SiO 2 + 4 HOCH 2 CH 3 {\displaystyle {\ce {Si(OC2H5)4 + 2 H2O -> SiO2 + 4 HOCH2CH3}}}

روش های دیگر

دی اکسید سیلیکون به دلیل پایداری بالایی که دارد از روش های زیادی به وجود می آید. از نظر مفهومی ساده، اما ارزش عملی کمی دارد، سیلان دی اکسید سیلیکون می دهد. این واکنش مشابه احتراق متان است:

SiH 4 + 2 O 2 ⟶ SiO 2 + 2 اچ 2 O {\displaystyle {\ce {SiH4 + 2 O2 -> SiO2 + 2 H2O}}}

با این حال، رسوب شیمیایی بخار دی اکسید سیلیکون بر روی سطح کریستال از سیلان با استفاده از نیتروژن به عنوان گاز حامل در دمای 200 تا 500 درجه سانتی گراد استفاده شده است. [47]

واکنش های شیمیایی

سیلیس با احیاء با کربن به سیلیکون تبدیل می شود.

فلوئور با دی اکسید سیلیکون واکنش می دهد و SiF 4 و O 2 در حالی که سایر گازهای هالوژن (Cl 2 ، Br 2 ، I 2 ) اساساً غیر فعال هستند. [11]

اکثر اشکال دی اکسید سیلیکون (به جز استیشوویت که به میزان قابل توجهی واکنش نشان نمی دهد [48] ) توسط اسید هیدروفلوئوریک (HF) برای تولید اسید هگزافلوئوروسیلیک : [8]

SiO 2 + 6 HF ⟶ اچ 2 SiF 6 + 2 اچ 2 O {\displaystyle {\ce {SiO2 + 6 HF -> H2SiF6 + 2 H2O}}}

HF برای حذف یا الگوبرداری از دی اکسید سیلیکون در صنعت نیمه هادی استفاده می شود.

در شرایط عادی، سیلیکون با اکثر اسیدها واکنش نمی دهد، اما توسط اسید هیدروفلوئوریک حل می شود.

و ( س ) + 6 HF ( ق ) ⟶ [ SiF 6 ] 2 – ( ق ) + 2 اچ + ( ق ) + 2 اچ 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {Si(s) + 6HF(aq) -> [SiF6]^{2-}(aq) + 2H+(aq) + 2H2(g)}}}

سیلیکون توسط بازهایی مانند هیدروکسید سدیم آبی برای تولید سیلیکات مورد حمله قرار می گیرد.

و ( س ) + 4 NaOH ( ق ) ⟶ [ SiO 4 ] 4 – ( ق ) + 4 Na + ( ق ) + 2 اچ 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {Si(s) + 4NaOH(aq) -> [SiO4]^{4-}(aq) + 4Na+(aq) + 2H2(g)}}}

دی اکسید سیلیکون به عنوان یک اسید Lux-Flood و می تواند تحت شرایط خاصی با بازها واکنش دهد. از آنجایی که هیچ هیدروژنی ندارد، سیلیس غیرهیدراته نمی تواند مستقیماً به عنوان اسید برونستد-لوری کند. کم یا خنثی به مقدار کمی در آب حل می pH (معمولاً 2 × 10-4 M برای کوارتز تا 10-3 M برای کریپتوکریستالی کلسدونی )، بازهای قوی با شیشه واکنش می دهند و به راحتی آن را حل می کنند. بنابراین، پایه های قوی باید در بطری های پلاستیکی ذخیره شوند تا از گیر کردن درب بطری جلوگیری شود، یکپارچگی گیرنده حفظ شود و از آلودگی نامطلوب توسط آنیون های سیلیکات جلوگیری شود. [49]

دی اکسید سیلیکون در قلیایی غلیظ داغ یا هیدروکسید ذوب شده حل می شود، همانطور که در این معادله ایده آل توضیح داده شده است: [11]

SiO 2 + 2 NaOH ⟶ Na 2 SiO 3 + اچ 2 O {\displaystyle {\ce {SiO2 + 2 NaOH -> Na2SiO3 + H2O}}}

دی اکسید سیلیکون اکسیدهای فلزی اساسی را خنثی می کند (به عنوان مثال اکسید سدیم ، پتاسیم، اکسید سرب (II) ، روی ، یا مخلوطی از اکسیدها، تشکیل سیلیکات ها و شیشه ها را می دهد زیرا پیوندهای Si-O-Si در سیلیس متوالی شکسته می شوند). [8] به عنوان مثال، واکنش اکسید سدیم و SiO 2 می تواند ارتوسیلیکات سدیم، سیلیکات سدیم و شیشه ها را تولید کند که بستگی به نسبت واکنش دهنده ها دارد: [11]

2 Na 2 O + SiO 2 ⟶ Na 4 SiO 4 ; {\displaystyle {\ce {2 Na2O + SiO2 -> Na4SiO4;}}}

Na 2 O + SiO 2 ⟶ Na 2 SiO 3 ; {\displaystyle {\ce {Na2O + SiO2 -> Na2SiO3;}}}

( 0.25 – 0.8 ) {\ displaystyle (0.25-0.8)} Na 2 O + SiO 2 ⟶ شیشه {\displaystyle {\ce {Na2O + SiO2 -> شیشه}}} .

نمونه هایی از این شیشه ها دارای اهمیت تجاری هستند، به عنوان مثال شیشه سودا-آهک ، شیشه بوروسیلیکات ، سرب . در این شیشه ها، سیلیس را تشکیل دهنده شبکه یا شبکه تشکیل دهنده می نامند. [8] این واکنش همچنین در کوره‌های بلند برای حذف ناخالصی‌های شن و ماسه در سنگ معدن با خنثی‌سازی با اکسید کلسیم و تشکیل سیلیکات کلسیم سرباره .

دی اکسید سیلیکون در رفلاکس شده تحت نیتروژن با اتیلن گلیکول و یک فلز قلیایی بسیار واکنش پذیر تولید کند پنج هماهنگی که دسترسی به طیف گسترده ای از ترکیبات جدید سیلیکونی را فراهم می کند. [50] سیلیکات ها اساساً در همه حلال های قطبی به جز متانول .

دی اکسید سیلیکون در دماهای بالا با سیلیکون عنصری واکنش می دهد و SiO را تولید می کند: [8]

SiO 2 + و ⟶ 2 SiO {\displaystyle {\ce {SiO2 + Si -> 2 SiO}}}

حلالیت در آب

حلالیت دی اکسید سیلیکون در آب به شدت به شکل کریستالی آن بستگی دارد و برای سیلیس سه تا چهار برابر بیشتر از کوارتز . است به عنوان تابعی از دما، اوج آن در حدود 340 درجه سانتیگراد است. [51] این خاصیت برای رشد تک بلورهای کوارتز در یک فرآیند هیدروترمال استفاده می‌شود که در آن کوارتز طبیعی در آب فوق‌گرم شده در یک مخزن تحت فشار که در بالا سردتر است حل می‌شود. کریستال های 0.5-1 کیلوگرمی را می توان برای 1-2 ماه رشد داد. [8] این کریستال ها منبع کوارتز بسیار خالص برای استفاده در کاربردهای الکترونیکی هستند. [11]

اثرات سلامتی

سیلیکا که به صورت خوراکی خورده می شود اساساً غیرسمی است و LD 50 آن 5000 میلی گرم بر کیلوگرم (5 گرم بر کیلوگرم) است. [18] یک مطالعه در سال 2008 که افراد را به مدت 15 سال دنبال کرد، نشان داد که سطوح بالاتر سیلیس در آب به نظر می‌رسد خطر ابتلا به زوال عقل . افزایش 10 میلی گرم سیلیس در روز در آب آشامیدنی با کاهش 11 درصدی خطر زوال عقل همراه بود. [52]

استنشاق گرد و غبار سیلیس کریستالی ریز تقسیم شده می تواند منجر به سیلیکوزیس ، برونشیت یا سرطان ریه شود ، زیرا گرد و غبار در ریه ها جمع می شود و به طور مداوم بافت را تحریک می کند و ظرفیت های ریه را کاهش می دهد. [53] هنگامی که ذرات ریز سیلیس به مقدار کافی استنشاق می شوند (مانند قرار گرفتن در معرض شغلی)، خطر ابتلا به بیماری های خودایمنی سیستمیک مانند لوپوس [54] و آرتریت روماتوئید را در مقایسه با میزان مورد انتظار در جمعیت عمومی افزایش می دهد. [55]

خطرات شغلی

یک خطر شغلی است سندبلاست یا با محصولات حاوی سیلیس کریستالی پودری کار می کنند سیلیس آمورف، مانند سیلیس دود، ممکن است در برخی موارد باعث آسیب غیرقابل برگشت ریه شود، اما با ایجاد سیلیکوزیس همراه نیست. کودکان، مبتلایان به آسم در هر سنی، افراد مبتلا به آلرژی و افراد مسن (که همگی ظرفیت ریه ) در مدت زمان کمتری تحت تاثیر قرار می گیرند. [56]

سیلیس کریستالی خطر شغلی است سنگی کار می کنند میزهای ، زیرا فرآیند برش و نصب میزها باعث ایجاد مقادیر زیادی سیلیس در هوا می شود. [57] سیلیس کریستالی که در شکستگی هیدرولیک ، برای کارگران خطری برای سلامتی ایجاد می کند. [24]

پاتوفیزیولوژی

در بدن، ذرات سیلیس کریستالی در طول دوره های مرتبط بالینی حل نمی شوند. کریستال‌های سیلیکا در داخل ریه‌ها می‌توانند التهاب در داخل ماکروفاژها و سلول‌های دندریتیک فعال کنند و در نتیجه منجر به تولید اینترلوکین ، یک سایتوکین بسیار پیش‌التهابی در سیستم ایمنی شوند. [58] [59] [60]

مقررات

مقررات محدودکننده قرار گرفتن در معرض سیلیس “با توجه به خطر سیلیکوز” مشخص می کند که آنها فقط به سیلیس مربوط می شوند که هم کریستالی و هم غبار تشکیل است. [61] [62] [63] [64] [65] [66]

در سال 2013، اداره ایمنی و بهداشت شغلی محدودیت قرار گرفتن در معرض را به 50 میکروگرم بر متر مکعب هوا کاهش داد. بود مکعب و در کارگران ساختمانی حتی 250 میکروگرم بر متر مکعب مجاز . [24] در سال 2013، OSHA همچنین برای کاهش قرار گرفتن در معرض سیلیس کریستالی علاوه بر محدود کردن حد قرار گرفتن، نیاز به تکمیل سبز چاه‌های شکسته داشت. [24]

اشکال کریستالی

SiO 2 ، تقریباً بیش از هر ماده ای، در بسیاری از اشکال کریستالی وجود دارد. به این اشکال چند .

اشکال کریستالی SiO 2 [8]

فرم	تقارن کریستالی نماد پیرسون ، گروه شماره	ρ گرم / سانتی متر 3	یادداشت	ساختار
α-کوارتز	لوزی (مثلثی) hP9, P3 1 21 No.152 [67]	2.648	زنجیره های مارپیچی که تک بلورهای منفرد را از نظر نوری فعال می کنند. کوارتز α در 846 کلوین به بتا کوارتز تبدیل می شود
بتا کوارتز	شش ضلعی hP18, P6 2 22, No. 180 [68]	2.533	نزدیک به α-کوارتز (با زاویه Si-O-Si 155 درجه) و فعال نوری. بتا کوارتز در 1140 کلوین به β-تریدیمیت تبدیل می شود
α-تری دیمیت	ارتورومبیک oS24, C222 1 , No.20 [69]	2.265	شکل فراپایدار تحت فشار معمولی
بتا تری دیمیت	شش ضلعی hP12، P6 3 /mmc، شماره 194 [69]		نزدیک به α-تریدیمیت. β-تریدیمیت در سال 2010 به بتا کریستوبالیت تبدیل می شود
α-کریستوبالیت	چهار ضلعی tP12، P4 1 2 1 2، شماره 92 [70]	2.334	شکل فراپایدار تحت فشار معمولی
بتا کریستوبالیت	مکعبی cF104، Fd 3 m، No.227 [71]		نزدیک به α-کریستوبالیت. در 1978 K ذوب می شود
کیاتیت	چهار ضلعی tP36، P4 1 2 1 2، شماره 92 [72]	3.011	Si 5 O 10 , Si 4 O 8 , Si 8 O 16 حلقه های سنتز شده از سیلیس شیشه ای و قلیایی در 600-900 K و 40-400 MPa
تو می توانی	مونوکلینیک mS46، C2/c، شماره 15 [73]		Si 4 O 8 و Si 6 O 12 حلقه های
کوزیت	مونوکلینیک mS48، C2/c، شماره 15 [74]	2.911	Si 4 O 8 و Si 8 O 16 حلقه های 900 K و 3-3.5 GPa
استیشویت	چهار ضلعی tP6، P4 2 /mnm، شماره 136 [75]	4.287	یکی از متراکم ترین (همراه با سیفرتیت) پلی مورف های سیلیس. روتیل مانند با Si هماهنگ شده 6 برابر. 7.5-8.5 گیگا پاسکال
سیفرتیت	ارتورومبیک oP، Pbcn [76]	4.294	یکی از متراکم ترین (همراه با استیشوویت) چند شکلی سیلیس. در فشارهای بالای 40 گیگا پاسکال تولید می شود. [77]
ملانوفلوژیت	مکعب (cP*, P4 2 32, No.208) [7] یا چهارضلعی (P4 2 /nbc) [78]	2.04	Si 5 O 10 , Si 6 O 12 حلقه های ماده معدنی همیشه با هیدروکربن ها در فضاهای بینابینی یافت می شود – یک کلاتراسیل (سیلیکا کلترات ) [79]
فیبری دبلیو سیلیس [11]	ارتورومبیک oI12, Ibam, No.72 [80]	1.97	مانند SiS 2 متشکل از زنجیره های مشترک لبه، در ~1700 K ذوب می شود
سیلیس دو بعدی [81]	شش ضلعی		ساختار دولایه ورق مانند

ایمنی

استنشاق سیلیس کریستالی ریز تقسیم شده می تواند منجر به التهاب شدید ریه بافت سیلیکوز ، برونشیت ، سرطان ریه و بیماری های خودایمنی سیستمیک مانند لوپوس و آرتریت روماتوئید شود. استنشاق اکسید آمورف ، در دوزهای بالا، منجر به التهاب کوتاه مدت غیر دائمی می شود که در آن همه اثرات بهبود می یابند. [82]

نام های دیگر

این فهرست توسعه یافته مترادف دی اکسید سیلیکون را برشمرده است. همه این مقادیر از یک منبع واحد هستند. مقادیر در منبع با حروف بزرگ ارائه شد. [83]