Оксид кремния что это

Оксид кремния (IV)

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) SiO₂ – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

Источник

Диоксид кремния (Е551)

Кремнезем, по латыни Silicondioxide, silica – это двуокись кремния. Что же представляет собой такое соединение? Это твердые кристаллы без цвета, не имеющие запаха, они достаточно твердые, прочные, пластичные и тугоплавкие. В природе это самый обычный кварц, мельчайшие прозрачные песчинки, которые образуются при окислении кремния (Si).

SiO₂ – молекулярная (химическая) формула диоксида кремния.

Свойства диоксида кремния

Это соединение – высший, четырехвалентный кислотный оксид кремния. Он обладает идеальной устойчивостью к действию кислорода, различных кислот (при температуре плавления, равной 1 600 ºС, растворяется плавиковой кислотой, щелочами). Диоксид кремния не растворяется водой, является диэлектриком (не проводит ток).

Siliconiumdioxide- идеальный нейтрализатор щелочи.

Производство кремнезема для пищевой промышленности

В пищевой промышленности SiO₂ используют как добавку в пищу, которая имеет собственный индекс в европейской системе кодов – Е551.

Диоксид кремния в чистом виде не применяется в пищевой промышленности. В ней используют порошковый SiliconDioxide, другими словами, «белую сажу», аморфный кремнезем. Производство Е551 осуществляется на специализированных заводах двумя методами искусственного синтезирования: нагреванием Si в кислородной среде при температуре, равной пятистам градусам по Цельсию, происходит окислительная реакция, в результате которой получается белая сажа, и в специальных стерилизаторах при tº 1 000 ºС происходит реакция паров SiliconаTetrachloridа в пламени водорода (второй метод).

Синтезированный Silicondioxide относится к группе эмульгаторов, которые обеспечивают однородность смесям несмешивающихся веществ в природе, таких, как масло (растительного и животного происхождения) и жир с водой.

Применение эмульгатора Е551 в пищевом производстве разрешено во всех странах без исключения (в том числе в РФ, Беларуси, Украине, европейских странах) при условии, что его содержание в готовом продукте не превышает лимита, т.е. 30 гр/кг. Он не наносит вред здоровью, безопасен в употреблении.

Особые требования предъявляются к упаковке и условиям хранения пищевой добавки.

Для упаковки применяют мешки, изготовленные из прочного полиэтилена или специальной оберточной бумаги (kraft), а также полипропилена (обязательное присутствие вставки из полиэтилена).

Хранить пищевую добавку Е551 следует в сухом, закрытом помещении при установленном режиме влажности и определенной вентиляции.

Использование диоксида кремния

Пока уникальные свойства вещества не были изучены, оно главным образом применялось для изготовления строительных материалов, таких как бетон и цемент.

Но по мере исследования Siliconаdioxide учеными, медиками, физиологами, химиками стали известны и другие его признаки. Вещество стали применять в радиотехнике, в производстве огнеупорных материалов и резины.

Благодаря своим свойствам вещество нашло широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе пищевой, фармацевтической, косметологической.

В пищевой промышленности эмульгатор используют как антикоагулятор (стабилизатор) и нейтрализатор, а также как загуститель. Он помогает продуктам сохранять сыпучесть, предотвращает образование комков и слеживание:

Влияние на организм человека, польза и вред

До конца влияние на организм двуокиси кремния учеными не изучено, но из их исследований на сегодняшний день можно сделать вывод, что вещество не наносит вред здоровью при его правильном употреблении.

Диоксид кремния полностью выводится из организма, не всасывается в желудочно-кишечный тракт.

Помимо этого, Silicondioxide присутствует в организме, в крови и плазме.

Немецким физиологом на основе его практики было доказано, что кремнезем полезен для человека, он предупреждает и предотвращает атеросклероз, укрепляет и очищает сосуды. Вода кремния имеет не только абсорбирующие свойства, выводит шлаки и токсичные вещества из человеческого организма, но еще и антибактериальные.

Существует теория, что вещество оказывает положительное влияние на организм человека и сокращает риск дальнейшего развития такого заболевания, как болезнь Альцгеймера. Однако это лишь гипотеза, которую следует доказать ученым.

Ясно одно, что существенный вред здоровью может нанести пыль диоксида кремния при ее вдыхании (только на промышленных производствах). Она может послужить развитию таких заболеваний, как силикоз легких. Умеренное использование пищевой добавки Е551 безопасно для здоровья.

Источник

Оксид кремния(IV)

Содержание

Свойства

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространенная из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO₂ — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газобразным фтороводородом:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO₂ с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH₂O·ySiO₂ (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Следует отметить, что большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO_4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO_4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO_4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400—500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO₂. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO₂, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы.

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (SiH₄). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремневой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: до 320 м²/г.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Источник

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:

Двухвалентный оксид в естественном виде в природе не встречается. Однако в газообразном состоянии он присутствует в космических пылевых облаках.

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:

В природе соединение встречается в виде обычного и кварцевого песка (из-за содержащихся в нем примесей может приобретать разную окраску), крупных прозрачных кристаллов горного хрусталя или фиолетового аметиста, агата, яшмы, в минералах тридимит и кристобалит (редкие камни).

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:

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.

Фосфат кальция — минеральное удобрение, используемое в сельском хозяйстве как источник фосфора.

Производственное применение стабильного оксида

До того времени, как его свойства не были исследованы досконально, кремнезем использовался лишь для изготовления стройматериалов (цемент, бетон). Но по мере его дальнейшего изучения сферы применения значительно расширились:

Добавка E551 считается полностью безопасной для организма человека — он разрешена к использованию не только в России и странах бывшего СНГ, но также в государствах ЕС и США.

Однако вдыхание пыли двуокиси кремния может привести к появлению проблем со стороны дыхательной системы — бронхиту, реже — силикозу легких (заболеванию, снижающему способность легких перерабатывать кислород) и даже спровоцировать развитие онкозаболеваний.

Источник

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

Диоксид кремния – это двуокись кремния, представленная однородным порошком из крупных прозрачных или белых кристаллов. Вещество не имеет абсолютно никакого запаха. Отдельные частички достаточно твердые и прочные. В природе соединение образуется в процессе реакции окисления кремния. Вещество устойчиво к контакту с кислотами и не вступает в реакцию с водой, но при повышенных температурах может реагировать со щелочами. Растворяется диоксид кремния только в одной единственной кислоте – плавиковой. Специалисты выделяют его прекрасную способность к нейтрализации электрического тока.

В природе диоксид кремния можно встретить во многих минералах. Например, в яшме, агате, горном хрустале, кварце, халцедоне, аметисте, морионе и топазе. В природе существуют такие модификации кремния как тридмит, кварц и кристобалит. При воздействии на вещество повышенными температурами оно преобразуется в коэсит, а после – в стишовит.

Что такое диоксид кремния?

Диоксид кремния – это добавка, применяемая в пищевой продукции, известная под индексом E551. Вещество называют еще двуокисью кремния, кремнеземом. Визуально оно представляет собой – гомогенную смесь прозрачных или белых твердых частичек. В естественном виде рассматриваемое вещество можно обнаружить во многих минералах. В малом объеме соединение присутствует в крови человека.

При употреблении рассматриваемого вещества в пищу, оно не накапливается и регулярно выводится. E551 считается абсолютно безопасной добавкой, разрешенной к применению не только в пищевой промышленности, но и в производстве медикаментов. Но диоксид кремния может нанести вред организму при попадании в дыхательные пути порошка, поэтому работать с ним необходимо в защитной одежде.

В целях получения вещества в лабораторных условиях производят нагрев кремния до 400 градусов и выше в среде с богатым насыщением кислородом. Существуют и другие методы производства, но этот пользуется наибольшей популярностью.

Химическая формула и свойства диоксида кремния

Формула вещества выглядит следующим образом:

Диоксид кремния в его естественном виде применяют исключительно в сложном производстве – в строительстве. Для всех остальных сфер производства применяют только те соединения, которые были получены в лабораторных условиях.

Вещество характеризуется следующими свойствами:

Получение диоксида кремния

В зависимости от используемой технологии получения весь диоксид кремния можно разделить на 3 основные категории:

Кристаллический – в таком виде вещество распространено в естественной среде, то есть, в природе. Содержится в большом списке минералов. Диоксид кремния может иметь самую разную окраску. Вещества из этой категории используют для изготовления бетона, стекла или керамики;

Порошкообразный – вещества из данной категории получают в лабораторных условиях, в природе в таком виде диоксид кремния обнаружить невозможно. Диоксид кремния как порошок широко применяется в производстве некоторых продуктов питания: сыра, сыпучих смесей, кондитерских изделий и алкогольных напитков. Обнаружить его в составе продуктов вы можете под индексом E551;

Коллоидный диоксид кремния – это соединение тоже производят исключительно промышленным путем. Его применяют для изготовления медикаментов, косметических средств и в медицине.

Наиболее распространенным способом производства диоксида кремния считается его нагрев до 400 градусов в атмосфере богатой кислородом. Но есть и другие способы производства:

На заводах производят чистый концентрированный порошок, который получил широкое применение в химической отрасли и в электронике, а еще в производстве оптических приборов, лаков, красок и ювелирных изделий.

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.

Влияние диоксида кремния на организм человека

Диоксид кремния не оказывает негативного влияния на организм человека – это было доказано рядом исследований, проведенных специалистами из разных точек мира. Ведущие технологи подтвердили факт того, что применение вещества не ограничено и не способно нанести вред организму. Добавление диоксида кремния в продукты питания и медикаменты разрешено во всех странах мира. Существует только одно условие: объем добавки не должен превышать максимально допустимое количество, а именно – 30 грамм на 1 килограмм готового продукта.

Польза диоксида кремния неоднозначна. Употреблять его в слишком больших объемах не рекомендуется. Опасность добавка E551 может нести при следующих условиях:

Ученые выдвигают предположения относительно того, что диоксид кремния способен оказывать положительное воздействие на здоровье человека. Так, вещество снижает возможность появления деменции в пожилом возрасте. В медикаменты соединение вводят в качестве сорбента, выводящего из организма все вредные вещества.

Вред диоксида кремния

Ученые подтвердили, что диоксид кремния, попадая в организм, не задерживается там долго и легко выводится естественным путем. Любая информация о вреде добавки не правдива – при употреблении соединения в составе продукта питания, вы не ощутите никакого вреда.

Диоксид кремния как естественное соединение присутствует в составе крови человека. Вред вещество может нанести только при попадании в дыхательные пути, поэтому работать с порошком нужно в защитной экипировке. Мелкие кристаллики порошка могут спровоцировать развитие воспалительных процессов, который впоследствии перетекут в более серьезные заболевания.

Польза от диоксида кремния

Ученые доказали, что диоксид кремния оказывает положительное влияние на состояние здоровья человека. Вещество предотвращает возникновение и развитие атеросклероза и укрепляет сосуды. Кремний, разведенный в воде, способен выводить шлаки из человеческого организма и обладает высокими антибактериальными свойствами.

Также существует теория о том, что добавка способна предотвращать развитие деменции в пожилом возрасте. Однако, данная информация все еще не доказана.

Показания и противопоказания к применению диоксида кремния

Показания к применению диоксида кремния

Специалисты называют следующие показания к употреблению препаратов, включающих в свой состав диоксид кремния:

Противопоказания к применению диоксида кремния

Вещество не рекомендуется употреблять в том случае, если вы страдаете язвенной болезнью желудка или двенадцатиперстной кишки.

Женщинам в положении и кормящим матерям важно регулировать количество употребляемого вещества.

Инструкция по применению диоксида кремния

Медикаменты, включающие в свой состав рассматриваемое вещество, согласно инструкции, нужно принимать за час до еды. При острых кишечных инфекциях и токсикоинфекциях лекарственный порошок употребляют в объеме 2-3 грамма трижды в сутки. При тяжелом диарейном синдроме количество употребляемого препарата увеличивают до 4-6 грамм и принимают его дважды в день. Диоксид кремния принимают на протяжении 3-5 дней.

В случае отравления лекарственными препаратами или ядовитыми химическими соединениями употребляют по 2-3 грамма трижды в сутки. При аллергиях препарат употребляют по аналогичной методике.

Класс опасности пищевой добавки Е551

Диоксид кремния принадлежит к 3 классу опасности. Это означает, что он абсолютно безвреден для человеческого организма и разрешается для употребления практически всем группам.

Продукты, содержащие в своем составе диоксид кремния

Диоксид кремния можно обнаружить в следующих продуктах питания:

Где приобрести диоксид кремния и сколько он стоит

Наиболее простой способ приобрести диоксид кремния – купить его в интернете или заказать у официального производителя. В зависимости от разновидности вещества, его стоимость может меняться. Так, цена вещества изменяется в диапазоне от 400 до 1000 рублей за килограмм.

Заключение

Диоксид кремния – это вещество, представляющее собой однородный порошок белого цвета без вкуса и запаха. В естественном виде соединение встречается во многих минералах и в составе человеческой крови. Диоксид кремния, полученный искусственным путем, широко применяется в самых разных сферах: в пищевой и фармацевтической промышленности, строительстве, медицине, косметологии и, разумеется, в химической отрасли.

Само по себе вещество полностью безвредно, но при вдыхании слишком большого объема порошка могут возникнут заболевания дыхательных путей. Диоксид кремния обладает положительными свойствами: он предотвращает развитие болезни Альцгеймера, обеззараживает и выводит из организма вредные вещества. Именно поэтому препараты с ним широко применяются при производстве лекарств, которые принимают при отравлениях.

Источник