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事實揭露 揭密真相
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二氧化矽(二氧化硅)(化學式Si)是一種酸性氧化物,對應水化物硅酸Si)。它自古便為人所知。 二氧化硅在自然界中最常見的是石英[1],以及在各種生物體中。在世界的許多地方,二氧化硅是的主要成分。二氧化硅是最複雜和最豐富的材料家族之一,既是多種礦物質,又是被合成生產的。 值得注意的實例包括熔融石英,水晶,熱解法二氧化硅,硅膠氣凝膠。 應用範圍從結構材料到微電子學到食品工業中使用的成分。

二氧化硅是硅最重要的化合物,約占地殼質量的12%。自然界中二氧化硅的存在形態有結晶形和無定形兩大類,因此統稱為硅石。

結構

晶體有多種晶型,其基本結構單元是四面體,每個Si周圍結合4個O,Si在中心,O在四個頂角;最小環上有6個硅原子和六個氧原子。許多這樣的四面體又通過頂角的O相連接,每個O為兩個四面體所共有,即每個O與2個Si相結合。實際上,Template:Chem晶體是由Si和O按1:2的比例所組成的立體網狀結構的晶體。因此,通常用Template:Chem來表示二氧化硅的組成。Template:Chem四面體不僅存在於Template:Chem晶體中,而且存在於所有硅酸鹽礦石中,是構成多姿多彩的硅酸鹽世界的基本骨架。

物理性質

具有硬度大、耐高溫、耐震、絕緣的性能。可以透過可見光,以及紫外線

化學性質

二氧化硅是酸性氧化物,對應的最高價水化物硅酸Template:Chem)。二氧化硅化學性質不活潑,不容易與和大部分發生反應。通常只能與鹼性氧化物反應生成氫氟酸Template:Chem)和濃熱的磷酸Template:Chem)是可以與之反應的酸。

其與氫氟酸反應生成氟化矽的化學方程式為:

<math>\rm SiO_2+4HF\to SiF_4+2H_2O</math>

通常只能與鹼性氧化物反應生成。例如:

<math>\rm SiO_2+CaO\to CaSiO_3</math>

與強鹼反應生成鹽。例如:

<math>\rm SiO_2+2NaOH\to Na_2SiO_3+H_2O</math>

空氣中若存在一定濃度的二氧化矽粉粒時,會經人類呼吸進入肺部,引發呼吸器官的相關疾病,例如塵肺症

用途

Template:Chem的網狀結構決定了它具有優良的物理和化學性質,加上Template:Chem在自然界的廣泛存在,從古到今都被人類廣泛地應用着。

二氧化硅與其它化合物在高溫下熔融,快速冷卻可以製得玻璃。它也是沙子石英的主要成分。在半導體和太陽能板等應用中,是目前主要的原料[2]

僅含二氧化矽單一成分的特種玻璃叫做石英玻璃。二氧化矽與石墨或活潑金屬混合可以發生氧化還原反應製得硅單質。

<math>\rm SiO_2+2C\to Si+2CO</math>
<math>\rm 3SiO_2+4Al\to 3Si+2Al_2O_3</math>

Template:Chem食品工業用作抗結劑,屬食品添加劑之列。

健康影響

經口攝取的二氧化硅基本上是無毒的,Template:LD50為5000mg / kg(5g/ kg)。然而,吸入細分散的結晶二氧化硅粉塵可能導致矽肺病,支氣管炎癌症,因為灰塵停留在肺中並持續刺激組織,從而降低肺容量。研究顯示,暴露於結晶二氧化硅的工人比一般人群的狼瘡和其他自體免疫性疾病的預期高出10倍。在2013年發布新規範之前,(OSHA)允許每立方米空氣含100μg二氧化矽,而新規定將含量減少至50μg/m3。建築業的暴露限值也設定為從250 µg/m3下降至50 µg/m3

結晶形式

SiO2,以比幾乎任何材料都多的許多晶體形式(稱為多晶型物)存在。

SiO2的結晶形式
形式 晶體對稱性
皮爾遜符號, 組號
ρ
g/cm3
注釋 結構
α-石英 六方晶系 (三角形)
hP9, P3221 No.154
2.648 使單個單晶具有光學活性的螺旋鏈; α-石英在846K下轉化為β-石英 100px
β-石英 六方晶系
hP18, P6222, No. 180
2.533 與α-石英密切相關(具有155°的Si-O-Si角)和光學活性; β-石英在1140K轉化為β-鱗石英 100px
α-鱗石英 正交晶系
oS24, C2221, No.20
2.265 正常壓力下的穩定形式 100px
β-鱗石英 六方晶系
hP12, P63/mmc, No. 194
與α-鱗石英密切相關; β-鱗石英在2010 K時轉化為β-方石英 100px
α-方石英 四方晶系
tP12, P41212, No. 92
2.334 正常壓力下的穩定形式 100px
β-方石英 立方晶系
cF104, Fd3m, No.227
與α-方石英密切相關; 在1978 K熔化 100px
熱液石英Keatite 四方形
tP36, P41212, No. 92
3.011 Si5O10, Si4O14, Si8O16 環; 由玻璃狀二氧化硅和鹼在600-900K和40-400MPa下合成 100px
莫甘石Moganite 單斜晶系
mS46, C2/c, No.15
Si4O8和Si6O12 100px
柯石英Coesite 單斜晶系
mS48, C2/c, No.15
2.911 Si4O8和Si8O16環; 900 K 和 3–3.5 GPa 100px
斯石英 四方形
tP6, P42/mnm, No.136
4.287 二氧化硅的最密集的(同時是賽石英)多晶型; 金紅石型與6倍配位的硅; 7.5-8.5GPa 100px
賽石英seifertite 斜方晶
oP, Pbcn
4.294 二氧化硅的最密集的(同時是賽石英)多晶型; 它在高於40GPa的壓力下產生。 100px
硫方英石melanophlogite 立方晶系 (cP*, P4232, No.208) 或四方形 (P42/nbc) 2.04 Si5O10, Si6O12環; 礦物總是被發現在間質空間中碳氫化合物 - 籠形硅 100px
纖維W-石英 斜方晶
oI12, Ibam, No.72
1.97 Like SiS2 consisting of edge sharing chains, melts at ~1700 K 100px
2D石英2D silica 六方晶系 片狀雙層結構 100px

參閱

視頻

二氧化矽 相關視頻

語音檔-二氧化矽非人工合成(lotus)

參考文獻

  1. 石英是什麼_石英圖片_石英用途及作用,金投網,2018-1-12
  2. 二氧化硅的用途,電泳技術學習分享網, 2019-11-7