Диоксид кремния: влияние на организм, польза и вред, для чего используется, формула

Алан-э-Дейл       11.04.2022 г.

Содержание

Особенности кремниевых кислот

В природе высшего гидроксида кремния не существует. Аморфный H2SiO3 в результате взаимодействия с паром Н2О при температуре +500 °C образует водород и диоксид кремния. Уравнение этой химической реакции можно изобразить следующим образом: Si (аморфный) + 2H2O (пар) → SiO2 + 2H2.

Диоксид кремния представляет собой слабый кислотный оксид. Если задействовать водород и H2SiO3, то в итоге можно будет получить nSiO2∙mH2O. Характер кремниевой кислоты зависит от общего количества атомов кремния, водорода и кислорода, например:

  • пирокремниевые (H6Si2O7);
  • метакремниевые (H2SiO3);
  • дикремниевые (H2Si2O5, H10Si2O9);
  • ортокремниевые (H4SiO4).

Научные исследования показали, что nSiO2∙mH2O нельзя получить в результате взаимодействия оксида кремния с Н2О. Это связано с тем, что диоксид не реагирует с водой даже при воздействии высокой температуры. Если задействовать водород, тогда в итоге будет образован чистый H2SiO3.

ТОП-9 товаров с диоксидом кремния

А теперь – мой список товаров с биологически активным кремнием от надёжных производителей.

Наименование Описание

Растительный кремнезём, Flora, FloraSil, 178 капсул

Натуральная формула премиум-класса, направленная на снабжение организма кремнезёмом. Восстановление естественной красоты. Без глютена и ГМО. Автор формулы – доктор Луи Кервран. Рекомендуемая суточная доза – одна капсула.

Активированный кремнезём, Jarrow Formulas, JarroSil, 60 мл

Веганская пищевая добавка. Биологически активный диоксид кальция. Поддерживает здоровье костей и других тканей, нормализует процессы кальцификации. Делает кожу более упругой и эластичной, разглаживает морщины. Вырабатывает антиоксиданты. Продукт с улучшенными вкусовыми характеристиками, сделан согласно новейшим американским технологиям. Без пшеницы, сои, древесных орехов, глютена и продуктов животного происхождения. Хорошо растворяется в желудке. Суточная норма – десять капель, разведённых в одном стакане воды или сока.

Природный кремнезём, Solgar, сто капсул

Веганская кремниевая пищевая добавка, положительно воздействующая на здоровье костей. Без ГМО, глютена, синтетических примесей, сои, дрожжей, сахара, соли, молока. Источник – порошок красных океанических водорослей, которые являются источником природного кремния. Суточная доза – две капсулы.

Кремнезём, Eidon Mineral Supplements, Ionic Minerals 535 мл

Веганский минеральный продукт. Нормализует уровень кальция в организме, активизирует выработку коллагена, поддерживает ткани жизненно важных органов в здоровом состоянии. В одной упаковке – 36 порций. Комфортен в применении, хорошо усваивается. При наружном использовании ускоряет заживление ран и ожогов, уменьшает болевые ощущения.
Без глютена и бисфенола-А, сахара, крахмала и прочих синтетических примесей, и побочных вредных продуктов, в том числе животного происхождения.

Диоксид кремния, жидкий концентрат, Eidon Mineral Supplements, Ionic Minerals, 60 мл

Пищевая добавка с диоксидом кремния. Принимает участие в выработке организмом естественного коллагена, а также контролирует уровень кальция. Продукт подходит для веганов. Мягко усваивается организмом. Оздоравливает соединительные ткани сердца, сосудов, костей, органов пищеварения. При местном использовании заживляет повреждения кожи и снимает боль. Без сахара, крахмала, консервантов, синтетических красителей, глютена и других химических примесей, а также продуктов животного происхождения.

Минеральный комплекс с кремнезёмом и холином, California Gold Nutrition, 30 мл

Высококлассный минеральный комплекс кремнезём + холин. Укрепляет структуру тканей. Суточная доза: десять капель. Продукт без синтетических примесей и ингредиентов, способных нанести вред организму.

Растительный кремнезём, Alta Health, 120 таблеток

Полностью натуральная БАД из экстракта полевого хвоща. Без синтетических ингредиентов. Регенерирует ткани, способствует детоксикации. Хорошо впитывается и усваивается.
Суточная доза до трёх таблеток.

Кремнезём, Nature’s Herbs, 295 мг

Экстракт натурального полевого хвоща, содержащий диоксид кремния. Свежесть продукта обусловлена уникальной системой FreshCare, препятствующей процессам окисления растения и продлевающей срок его хранения. Каждая капсула продукта содержит 100% натуральные антиоксиданты, имеет герметическую защиту от проникновения воздуха. Суточная дозировка – 1 капсула. В составе также: желатин, витамин Е, масло розмарина.

Растительный кремнезём для поддержания естественной красоты, Now Foods, Solutions, 92 капсулы

Веганская кремниевая пищевая добавка. Содержит до 70% кремнезёма, произведённого из бамбука. Суточная доза: две капсулы. Без искусственных примесей.

Представляет ли диоксид кремния вред для человека? При неправильном использовании – пожалуй, да. Например, если вдыхать его порошок или превышать рекомендуемую дозу. Что же касается пользы, которую этот элемент приносит нашему организму, то здесь она не только желательна, но и жизненно необходима, так как дефицит этого микроэлемента ведёт к очень неприятным последствиям.

Диоксид кремния – влияние на организм человека

По данным исследований, вещество проходит через желудочно-кишечный тракт человека в неизмененном состоянии, полностью выводится из организма. Ученые обнаружили пользу соединения – вода с повышенным содержанием пищевого натурального диоксида снижает риск развития болезни Альцгеймера. При производстве пищевых продуктов вещество обозначается, как эмульгатор Е551.

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.

Диоксид кремния бад. Общее описание

Диоксид кремния (Е551)  – природное вещество, существующее в природе в виде кварца. Представляет собой элемент, активно используемый в качестве многофункциональной добавки в разных видах промышленности.

Химическая формула диоксида кремния – SiO2 .

Натуральный элемент используется только в сложном производстве (например, строительное) и имеет некоторые примеси. В производстве продуктов питания применяется созданное искусственно вещество высокой степени чистоты:

  • Изготавливается путем нагревания материала в атмосфере кислорода;
  • Производится гидролизом паров тетрахлорида в водородном пламени.

Химические свойства диоксида кремния отлично изучены – сможете познакомиться с ними и вы:

  • Имеет белый цвет, или голубовато-белый;
  • Производится в виде мелких гранул или порошка;
  • Запах полностью отсутствует;
  • Содержание основного вещества составляет 99% ;
  • Не растворяется в воде;
  • Растворяется во фтористоводородной кислоте;
  • Плотность составляет 2,2 г/см3 ;
  • Очень прочен и тверд;
  • Обладает адсорбирующими свойствами;
  • Не поддается воздействию высокой температуры и реакции с кислотами.

Давайте разделим этот материал на три группы:

  • Кристаллический . Распространен в природе, содержится в горных минералах. Применяется исключительно в производстве стекла, бетона и керамики;
  • Аморфный или порошкообразный. Получается синтетическим способом, в природе не существует (за исключением кизельгура с морского дна), используется в производстве пищи;
  • Коллоидный . Производится только промышленным путем, используется в фармакологии, косметологии и медицине.

Пришла пора поговорить о том, насколько кремний диоксид кристаллический/коллоидный/аморфный вреден или полезен – это нам предстоит выяснить ниже.

Диоксид кремния песок. Аэросил – диоксид кремния

Физико-химические свойства аэросила (диоксида кремния)

Аэросил (от латинского слова — Aerosilum), оксилы (от латинского слова — Oxylum) кремния диоксид , Silica colloidalis anhydrica (Ph. Eur.), Colloidal silicon dioxide (USP), Colloidal anhydrous silica (BP), Silica (CAS № 7631-86-9) — аморфный диоксид кремния безводный , относится к группе синтетических активных высокодисперсных минеральных наполнителей. В фармации аэросил (диоксид кремния) используется как вспомогательное вещество, стабилизатор, гелеобразователь, адсорбент , улучшает текучесть таблетированных, мазевых, гелевых и других смесей. Иногда диоксид кремния используется как активный фармакологичекий ингридиент (обладает бактерицидными свойствами, детоксикант, сорбент).

Получают диоксид кремния путем гидролиза паров кремния тетрахлорида в пламени водорода при температуре> 1000 ° С (1100-1400 ° С). Полученный продукт — белый, аморфный, непористый, индифферентный порошок распыляется, содержит 99,3% SiO2; имеет высокую дисперсность (диаметр частиц 4-40 мкм, имеют сферическую или почти сферическую форму), удельная адсорбционная поверхность составляет 50-450 м2/г; насыпной объем приблизительно 50 г/л, плотность — 2,36 г/см3; рН водной суспензии — 4,0; показатель преломления n20D = 1,46. Аэросил не растворяется в воде, кислотах и разбавленных щелочах. При концентрации аэросила в воде в количестве 10-12% образуется маловязкая текучая суспензия, при 17% — полужесткая масса, при 20% — крупчатая, которая при растирании превращается в гомогенную мазеобразный массу. В связи с большим сродством к воде аеросил относят к гидрофильным веществам. Зато диоксид кремния (аэросил) марки R972 имеет гидрофобные свойства.

Существует несколько торговых марок аэросила (диоксида кремния) , которые различаются в основном по величине удельной поверхности, степенью гидрофильности или гидрофобности, а также наличием других веществ-наполнителей. Согласно определению номенклатурной комиссии аморфный диоксид кремния получил название оксида. В Украине химико-металлургическим комбинатом по лицензии фирмы «Degussa» производятся немодифицированный стандартный аэросил марок 175; 300 380 с гидрофильной поверхностью; метилаэросил АМ-1/175 и АМ-1/300, модифицированный диметилдихлорсиланом; эфироорганоаэросил марок АДЕГ-175 и АДЕГ-300, модифицированных этиленгликолем и диэтиленгликолем, и АМ-2, модифицированный аминоспиртами. В США производят модифицированный аэросил — органосил и кебосил (фирма «Cabot»), в России — бутосил, аэросил-К, который составляет сочетание 85% диоксида кремния и 15% крахмала, аэросил марки СОК-84, который является коагулянтом 85% диоксида кремния и 14% оксида аммония. В Германии фирма «Degussa» производит гидратированные марки аэросила , содержащих связанную воду (дуросил, вулкасин, сифлокс, ультрасил и др.), которые отличаются содержанием SiO2, диаметром частиц, плотностью и свойствами), аэросил в виде суспензий (К-314, содержит 14% А., К-328, содержит 28% А.). В Японии производится микросил и носил, во Франции — франсил, в Англии — маносил. Для косметики может производиться в виде пасты. Недавно аэросил внесен в фармакопеи различных стран (Венгрии, Дании, Австрии и др.). В США диоксид кремния (аэросил) разрешен также как добавка к пищевым продуктам в количестве 2%.

Кремния диоксид коллоидный вспомогательное вещество. Аэросил-Б (диоксид кремния сухой аморфный дисперсный)

Назначение: Тонкодисперсный кремнезём применяется как вспомогательное вещество, огнеупор или наполнитель в различных областях техники, в .т.ч. литейном производстве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Синтетический (искусственный) аморфный диоксид кремния (кремнезем) используется в различных отраслях литейной и металлургической промышленности. Благодаря коллоидной структуре и уникальным свойствам чистого кремнезема, аэросил незаменим в качестве загустителя, антипирена и огнеупорного наполнителя в продукции подвергающейся высоким температурам или химическому воздействию расплавов.

Химические свойства

H2SiO3 не имеет выраженного запаха, а также плохо растворяется в воде. Кислоты кремния существенно отличаются от остальных органических веществ. Основные различия:

  • кислоты не диссоциируют;
  • при взаимодействии с Н2О образуется коллоидный раствор;
  • кремниевые кислоты не влияют на окраску индикатора.

Растворить nSiO2∙mH2O можно в растворах щелочей и специальных расплавах. В итоге образуются силикаты: H2SiO3 + 2KOH → K2SiO3 + 2H2O. Все соединения с кремнием реагируют с плавиковой кислотой, например, H2SiO3 + 6HF → H2SiF6 + 3H2O → SiF4 + 2HF + 3H2O. В результате воздействия соляной кислоты на кремний происходит образование сложного соединения под названием хлорсилан, а также выделяется газ (водород).

Если для проведения химической реакции используется кремний плюс гидроксид натрия, тогда результат будет следующим: Si + NaOH → Na4SiO4 + 2H2. Свойства кремниевых кислот повлияли на то, что эти химические вещества активно используются для серийного производства керамических покрытий и прочных изделий из керамики. nSiO2∙mH2O применяется для изготовления силикагеля (SiOH), стекла и различных фильтров.

Польза и вред коллоидного диоксида кремния

Ученые изучили известное всему миру химическое соединение и пришли к выводу, что оно не приносит организму вреда при правильном употреблении. Официально подтвержденные исследования доказали, что диоксид кремния Е551 полностью выводится из организма, не расщепляется и не всасывается в пищеварительной системе. Вещество не находится в крови и плазме человека, значит, не приносит вреда.

По неподтвержденным данным кремниевый оксид снижает риски заболевания болезнью Альцгеймера, оказывает положительное влияние на организм и процессы жизнедеятельности. Разрешено употреблять продукты, содержащие оксид кремния во время беременности и лактации.

В ХХ веке один из немецких физиологов работал над изучением воздействия кремнезема Е551 на человеческий организм. Исследования Кюне доказали, что химическое вещество препятствует развитию атеросклероза и восстанавливает сосуды.

Применение диоксида кремния

Применение диоксида кремния в той или иной сфере определяется его свойствами. В пищевой сфере соединение получило популярность в роли эмульгатора, также оно обеспечивает однородность структуры производимой пищи. E551 встречается в алкогольных напитках, чипсах, сухариках, соленых орешках и прочих снеках, закусках к пиву, большом перечне приправ и специй, сладостях и кондитерских изделиях. Добавка часто содержится в кисломолочной продукции, в частности – в сырах, во всех порошкообразных продуктах питания. В спиртном вещество помогает стабилизировать показатель кислотности посредством нейтрализации избыточного количества щелочей.

Не меньшую популярность вещество получило в медицине и фармацевтике. Оно выполняет роль энтеросорбента. Добавка встречается в препаратах, предназначенных для ускорения процесса регенерации тканей и заживления ран. Диоксид кремния способен прекращать воспалительные процессы.

Если говорить о косметической сфере, диоксид кремния содержится в зубных пастах – такое его применение обусловлено способностью отбеливать зубы

Зубная эмаль при этом не разрушается, что очень важно для здоровья зубов. К тому же, при случайном проглатывании подобных зубных паст ваш организм не ощутит никакого вреда

Диоксид кремния можно встретить во многих скрабах, кремах, лосьонах и пудрах. Они помогают избавиться от жирного блеска, сделать менее заметными морщины и прочие неровности на коже.

Также именно диоксид кремния содержится в белых пакетиках, которые кладут в новую обувь для впитывания влаги.

Диоксид кремния кладут в обувь

Диоксид кремния в производстве косметических средств

Наибольшую популярность в косметической сфере вещество получило в производстве зубных паст. Им заменяют опасные для зубной эмали отбеливающие компоненты. Диоксид кремния не несет никакого вреда состоянию зубов, но при этом делает их более белыми. Вещество способно оказывать матирующий эффект, поэтому его часто используют для производства тоников и матирующих кремов. Кроме того, соединение маскирует неровности кожи: сглаживает рельеф и делает менее заметными морщины. Последним, но не менее важным свойством диоксида кремния косметологии является его способность оказывают пилингующий эффект, удаляя отмершие клетки верхнего слоя кожи.

Диоксид кремния в производстве продуктов питания

Е551 наиболее часто содержится в составе снеков и закусок к пиву. Его также вводят в состав растворимого кофе. Добавка предназначена для улучшения сыпучести продуктов: она препятствует образованию комочков и позволяет сохранить однородность. Соединение добавляют в сахар-порошок, сухие молоко и сливки, соль, муку, специи и многие другие сыпучие продукты. Добавку вводят в напитки для предотвращения образования избыточного количества пены.

Диоксид кремния в строительстве

Диоксид кремния получил широкое распространение в сфере строительства. Его вводят в состав для производства стекла для придания ему большей прочности и жесткости, используют во время производства керамики и бетона. Добавку используют в производстве ультразвуковых установок и зажигалок.

Диоксид кремния в медицине

В сочетании с водой диоксид кремния выполняет функции энтерсорбента. Его применяют для ускорения регенерации тканей, для облегчения состояния загноившихся ран. Вещество выступает в роли абсорбента, поглощающего токсины и аллергены. Оно способно устранять патогенные бактерии.

Преимущества и недостатки

Как и многие другие химические вещества, гидроксид кремния обладает определёнными положительными и негативными характеристиками, от которых зависит сфера его применения. Среди основных преимуществ можно выделить:

  1. Образование большого количества различных соединений с полезными свойствами. Например, силициды, силаны, диоксиды и силикаты. H2SiO3 и его соединения могут образовывать различные растворы, которые необходимы для производства камня, стекла и керамики.
  2. Доступность и долговечность. В природе кремний находится не в свободном виде, но технология производства этого вещества не отличается сложностью.
  3. H2SiO3 нетоксичен, благодаря чему использовать его можно в любой отрасли. Технологический процесс не обладает потенциальной опасностью, благодаря чему риск негативного воздействия на человека и окружающую среду сведён к минимуму.

Гидроксид кремния запрещено использовать для возведения несущих конструкций. H2SiO3 пользуется большим спросом при обработке поверхности кристаллов, что является актуальным в сфере приборостроения.

Химические реакции

Кремнезем превращается в кремний путем восстановления углеродом.

Фтор реагирует с диоксидом кремния с образованием SiF 4 и O 2, тогда как другие газообразные галогены (Cl 2 , Br 2 , I 2 ) практически не реагируют.

Большинство форм диоксида кремния (за исключением стишовита , который не реагирует в какой-либо значительной степени) подвергаются воздействию плавиковой кислоты (HF) с образованием гексафторкремниевой кислоты :

SiO2+6HF⟶ЧАС2SiF6+2ЧАС2О{\ Displaystyle {\ ce {SiO2 + 6 HF -> H2SiF6 + 2 H2O}}}

HF используется для удаления или формирования рисунка диоксида кремния в полупроводниковой промышленности.

В нормальных условиях кремний не реагирует с большинством кислот, но растворяется плавиковой кислотой.

Si(s)+6HF(водный)⟶SiF62-(водный)+2ЧАС+(водный)+2ЧАС2(грамм){\ Displaystyle {\ ce {Si (s) + 6HF (водн.) -> ^ {2 -} (водн.) + 2H + (водн.) + 2H2 (g)}}}

Кремний подвергается воздействию оснований, таких как водный гидроксид натрия, с образованием силикатов.

Si(s)+4NaOH(водный)⟶SiO44-(водный)+4Na+(водный)+2ЧАС2(грамм){\ Displaystyle {\ ce {Si (s) + 4NaOH (водн.) -> ^ {4 -} (водн.) + 4Na + (водн.) + 2H2 (g)}}}

Диоксид кремния действует как , способная реагировать с основаниями при определенных условиях. Поскольку негидратированный диоксид кремния не содержит водорода, он не может действовать непосредственно как кислота Бренстеда – Лоури . Хотя диоксид кремния плохо растворяется в воде при низком или нейтральном pH (обычно от 2 × 10 -4 M для кварца до 10 -3 M для скрытокристаллического халцедона ), сильные основания реагируют со стеклом и легко растворяют его. Следовательно, прочные основы необходимо хранить в пластиковых бутылках, чтобы избежать заклинивания крышки бутылки, сохранить целостность получателя и избежать нежелательного загрязнения силикатными анионами.

Диоксид кремния растворяется в горячей концентрированной щелочи или плавленом гидроксиде, как описано в этом идеализированном уравнении:

SiO2+2NaOH⟶Na2SiO3+ЧАС2О{\ displaystyle {\ ce {SiO2 + 2 NaOH -> Na2SiO3 + H2O}}}

Диоксид кремния нейтрализует основные оксиды металлов (например , натрия оксид , оксид калия , свинца (II) , оксид , оксид цинка , или смеси оксидов, образуя силикаты и стекла в качестве связей Si-O-Si в кремнеземе разбиты последовательно). Например, реакция оксида натрия и SiO 2 может дать ортосиликат натрия, силикат натрия и стекла, в зависимости от пропорций реагентов:

2Na2О+SiO2⟶Na4SiO4;{\ Displaystyle {\ ce {2 Na2O + SiO2 -> Na4SiO4;}}}
Na2О+SiO2⟶Na2SiO3;{\ Displaystyle {\ ce {Na2O + SiO2 -> Na2SiO3;}}}
(0,25-0,8){\ displaystyle (0,25–0,8)} Na2О+SiO2⟶стакан{\ displaystyle {\ ce {Na2O + SiO2 -> стекло}}}.

Примеры таких стекол имеют коммерческое значение, например натриево-известковое стекло , боросиликатное стекло , свинцовое стекло . В этих стеклах кремнезем называют формирователем сетки или формирователем решетки. Реакция также используется в доменных печах для удаления примесей песка из руды путем нейтрализации оксидом кальция с образованием силикатно-кальциевого шлака .

Связка оптических волокон из диоксида кремния высокой чистоты

Кремний вступает в реакцию диоксида в нагретом с обратным холодильником при диазоте с этиленгликолем и щелочным металлом , основанием для получения высокого реакционной способности , силикаты , которые обеспечивают доступ к широкому спектру новых соединений кремния. Силикаты практически не растворимы во всех полярных растворителях, кроме метанола .

Диоксид кремния реагирует с элементарным кремнием при высоких температурах с образованием SiO:

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

Растворимость воды

Растворимость диоксида кремния в воде сильно зависит от его кристаллической формы и в три-четыре раза выше для кремнезема, чем для кварца; в зависимости от температуры он составляет около 340 ° C. Это свойство используется для выращивания монокристаллов кварца в гидротермальном процессе, когда природный кварц растворяется в перегретой воде в сосуде высокого давления, который более холоден наверху. Кристаллы весом 0,5–1 кг можно вырастить за 1–2 месяца. Эти кристаллы являются источником очень чистого кварца для использования в электронных устройствах.

Физические свойства диоксида кремния:

Наименование параметра: Значение:
Химическая формула SiO2
Синонимы и названия на иностранном языке кварц

кремнезем

оксид кремния (IV)

silica (лат.)

silicon dioxide (англ.)

silicon (IV) oxide (англ.)

quartz (англ.)

Тип вещества неорганическое
Внешний вид бесцветные кристаллы
Цвет
Вкус
Запах
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) твердое вещество
Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м3 от 1960 до 2648
Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см3 от 1,96 до 2,648
Температура кипения, °C 2950
Температура плавления, °C 1713 (аморфный)
Молярная масса, г/моль 60,0843
Твердость по шкале Мооса 6

Воздействие на здоровье

Кварцевый песок (кремнезем) как основное сырье для производства товарного стекла

Прием внутрь диоксида кремния практически нетоксичен, его LD 50 составляет 5000 мг / кг (5 г / кг). Исследование, проведенное в 2008 году с участием субъектов в течение 15 лет, показало, что более высокие уровни кремнезема в воде, по-видимому, снижают риск деменции . Увеличение содержания кремнезема в питьевой воде на 10 мг / день было связано со снижением риска деменции на 11%.

Вдыхание мелкодисперсной кристаллической пыли кремнезема может привести к силикозу , бронхиту или раку легких , поскольку пыль оседает в легких и постоянно раздражает ткани, уменьшая объем легких. Когда мелкие частицы кремнезема вдыхаются в достаточно больших количествах (например, в результате профессионального воздействия), это увеличивает риск системных аутоиммунных заболеваний, таких как волчанка и ревматоидный артрит, по сравнению с ожидаемыми показателями среди населения в целом.

Профессиональный риск

Кремнезем представляет собой профессиональную опасность для людей, которые выполняют пескоструйную очистку или работают с продуктами, содержащими порошкообразный кристаллический кремнезем. Аморфный диоксид кремния, такой как коллоидный диоксид кремния, в некоторых случаях может вызвать необратимое повреждение легких, но не связан с развитием силикоза. Дети, астматики любого возраста, люди с аллергией и пожилые люди (все из которых имеют пониженную емкость легких ) могут пострадать за меньшее время.

Кристаллический диоксид кремния представляет собой профессиональную опасность для тех, кто работает с каменными столешницами , потому что в процессе резки и установки столешниц образуется большое количество диоксида кремния в воздухе. Кристаллический кремнезем, используемый при гидроразрыве пласта, представляет опасность для здоровья рабочих.

Патофизиология

В организме частицы кристаллического кремнезема не растворяются в течение клинически значимых периодов. Кристаллы кремнезема внутри легких могут активировать инфламмасому NLRP3 внутри макрофагов и дендритных клеток и тем самым приводить к выработке интерлейкина , очень провоспалительного цитокина в иммунной системе.

Регулирование

В правилах, ограничивающих воздействие кремнезема «с точки зрения опасности силикоза», указывается, что они касаются только кремнезема, который является как кристаллическим, так и пылеобразующим.

В 2013 году Управление по безопасности и гигиене труда США снизило предел воздействия до 50 мкг / м 3 воздуха. До 2013 года он позволял использовать 100 мкг / м 3, а у строительных рабочих даже 250 мкг / м 3 . В 2013 году OSHA также потребовала «зеленого заканчивания» скважин с гидроразрывом, чтобы уменьшить воздействие кристаллического кремнезема, помимо ограничения предела воздействия.

Пользы

Структурное использование

По оценкам 95% диоксида кремния (песок) производства потребляется в строительной промышленности, например , для производства бетона ( портландцемент бетона ).

Кремнезем в виде песка используется в качестве основного ингредиента в литье в песчаные формы для изготовления металлических деталей в машиностроении и других приложений. Высокая температура плавления диоксида кремния позволяет использовать его в таких приложениях.

Кристаллический кремнезем используется в гидроразрыве пластов, содержащих плотные нефти и сланцевый газ .

Предшественник к стеклу и кремнию

Диоксид кремния является основным ингредиентом в производстве большинства стекла . Стеклования температура чистого SiO 2 составляет около 1475 К. При расплавленном диоксид кремния SiO быстро охлаждается, он не кристаллизуется, но затвердевает в виде стекла.

Структурная геометрия кремния и кислорода в стекле похожа на том, что в большинстве кварца и других кристаллических форм кремния и кислород с кремнием в окружении правильных тетраэдров кислородных центров. Разница между стеклянной и кристаллическими формами возникает из связности тетраэдрических единиц: Несмотря на то, что нет большой дальности периодичности в упорядочении стекловидной сети остается на масштабах длины также за пределами длину связей SiO. Одним из примеров такого упорядочения предпочтения с образованием кольца из 6-тетраэдров.

Белая сажа

Коллоидный диоксид кремния также известный как пирогенного диоксида кремния является очень тонкой частиц или коллоидного форма диоксида кремния. Его получают путем сжигания SiCl 4 в богатой кислородом пламени водорода с получением «дым» из SiO 2 .

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

Большинство оптических волокон для телекоммуникаций также сделано из диоксида кремния. Это является основным сырьем для многих керамики , таких как глиняные , керамика и фарфор .

Диоксид кремния используется для производства элементарного кремния . Процесс включает карботермическое восстановление в качестве электрической дуговой печи :

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

Пищевая и фармацевтическая промышленность

Кремнезем является распространенной добавкой в производстве пищевых продуктов, где он используется главным образом в качестве агента потока в порошковых пищевых продуктах, или адсорбировать воду в гигроскопических приложениях. Он используется в качестве агента , предотвращающего слипание в порошкообразных продуктов , таких как специи и немолочного кофе сливочнике. Он является основным компонентом диатомовой земли . Коллоидный диоксид кремния используется также в качестве вина, пива, соков и рафинирования агента . Она имеет Й номер опорный E551 .

В фармацевтических продуктов, диоксид кремния помогает порошок потока, когда формируются таблетки.

Личная гигиена

В косметике, ее полезно для его светорассеивающих свойств и естественной впитываемости.

Гидратированный диоксид кремния используется в зубной пасты , как твердый абразивный материал для удаления зубного налета.

Другой

Гидрофобный диоксид кремния используют в качестве компонента пеногасителя .

В своем качестве огнеупора, это полезно в волокнистой форме в виде высокотемпературной тепловой защиты ткани.

Он используется в качестве соединения теплового расширения в геотермальной тепловом насосе промышленности.

Диоксид кремния используется в экстракции ДНК и РНК из — за его способности связываться с нуклеиновыми кислотами в присутствии хаотропов .

Аэрогель на основе диоксида кремния использовал в космическом корабле Stardust для сбора внеземных частиц.

Чистый кремнезем (диоксид кремния), при охлаждении, как плавленый кварц в стакан с не истинной температурой плавления, может быть использован в качестве стекловолокна для стекловолокна.

Кислородные соединения

Известно 2 соединения силициума с кислородом: монооксид (SiO) и диоксид (SiO2). Первый, двухвалентный, является неустойчивым: на воздухе он медленно окисляется до четырехвалентного: SiO + O2 → 2SiO2. При повышении температуры (от 400° C до 1000°C) реакция будет протекать так: 4SiO + O2 → 2Si2O3.

Si2O3 относится к низшим кислородным соединениям кремния. Данные о нем довольно ограничены — еще не так давно в среде химиков существование этого вещества оспаривалось. Объяснялось это не только трудностью его получения, но и необычностью основных свойств.

По внешнему виду SiO — порошок, тёмно-коричневого цвета, механически прочный, обладающий хорошими диэлектрическими характеристиками. Его химические свойства:

  • Инертен по отношению к кислотам (кроме плавиковой): SiO + HF → SiF2 + H2O.
  • Хорошо растворяется в щелочах: SiO + 4NaOH → Na4SiO4 + H2 + H2O.
  • Проявляет свойства восстановителя.

Получают монооксид путем нагревания кремния при недостатке кислорода, температура протекания реакции составляет 400 °C и выше: 2Si + O2 → 2SiO.

Еще один способ — восстановление диоксида кремнием при высоких температурах: SiO2 + Si → 2SiO.

Монооксид кремния используется при изготовлении волоконной оптики, изоляционных материалов, полупроводников (оптические слои).

Второе соединение с кислородом — диоксид кремния (наиболее характерное и устойчивое). Он широко распространен в природе — присутствует в составе практически всех горных пород.

Физические признаки и получение SiO2

Другое название соединения — кремнезем. Это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой (в узлах расположены отдельные атомы, соединенные ковалентными связями). Температура плавления — 1713 °C, кипения — 2590 °C. Получение:

  1. Окисление кремния: Si + O2 → SiO2.
  2. Разложение водой сульфида: SiS2 + 2H2O → SiO2 + 2H2S.
  3. Воздействие кислот на растворимые силикаты: Na2SiO3 + 2CH3COOH (уксусная кислота) → 2CH3COONa + H2SiO3; H2SiO3 → SiO2 + H2O.

Химические свойства

Диоксид кремния — соединение довольно инертное. По химическим свойствам — ангидрид кремневой кислоты. При нормальных условиях (комнатная температура) он слабо реагирует только с концентрированными щелочами и фторводородной кислотой.

При нагревании двуокись кремния взаимодействует с плавиковой кислотой: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O. Какие еще особенности присущи двуокиси силициума:

  1. Взаимодействие со щелочами происходит только при повышенном давлении. В результате реакций образуются силикаты — соединения с кремнекислым радикалом: SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O; KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O.
  2. Аналогично протекают и реакции взаимодействия с карбонатами щелочных металлов: SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2.
  3. Реагирование с оксидами щёлочноземельных металлов: SiO2 + CaO → CaSiO3.
  4. С водой кремнезем не вступает во взаимодействие.
  5. При нагревании до 1000 °C силициум будет реагировать с металлами, образуя при этом чистый кремний: SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO.
  6. Протекание реакций с неметаллами: SiO2 + 2H2 → Si + 2H2O; SiO2 + 3C → SiC (карборунд) + 2CO.

При реакции сплавления двуокиси кремния с фосфатом кальция и углеродом происходит образование силиката, угарного газа (CO) и выделение чистого фосфора (P): 3SiO2 + Ca3 (PO4)2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.