Structure, propriétés, utilisations, production de l'oxyde de silicium (SiO2)

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Robert Johnston

le oxyde de silicium C'est un solide inorganique formé par l'union d'un atome de silicium et de deux oxygène. Sa formule chimique est SiOdeux. Ce composé naturel est également appelé silice ou dioxyde de silicium..

Le SiOdeux C'est le minéral le plus abondant de la croûte terrestre, car le sable est composé de silice. Selon sa structure, la silice peut être cristalline ou amorphe. Il est insoluble dans l'eau, mais se dissout dans les alcalis et dans l'acide fluorhydrique HF.

Le sable est une source de dioxyde de silicium SiOdeux. ರವಿಮುಂ [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Source: Wikimedia Commons.

Le SiOdeux il est également présent dans la structure de certaines plantes, bactéries et champignons. Également dans les squelettes d'organismes marins. Outre le sable, il existe également d'autres types de pierres qui sont de la silice.

La silice est largement utilisée, remplissant une variété de fonctions. L'utilisation la plus répandue est comme matériau filtrant pour les liquides tels que les huiles et les produits pétroliers, les boissons telles que la bière et le vin, ainsi que les jus de fruits..

Mais il a de nombreuses autres applications. L'un des plus utiles et des plus importants est la fabrication de verres bioactifs, qui permettent de fabriquer des "échafaudages" où les cellules osseuses se développent pour produire des morceaux d'os manquants par accident ou maladie..

Index des articles

  • 1 Structure
  • 2 Nomenclature
  • 3 propriétés
    • 3.1 État physique
    • 3.2 Poids moléculaire
    • 3.3 Point de fusion
    • 3.4 Point d'ébullition
    • 3.5 Densité
    • 3.6 Solubilité
    • 3.7 Propriétés chimiques
  • 4 Présence dans la nature
    • 4.1 Autres types de silice naturelle
  • 5 Obtention
  • 6 utilisations
    • 6.1 Dans diverses applications
    • 6.2 Dans l'industrie alimentaire
    • 6.3 Dans l'industrie pharmaceutique
    • 6.4 Dans l'industrie des cosmétiques et des soins personnels
    • 6.5 Dans les applications thérapeutiques
  • 7 risques
  • 8 Références

Structure

Dioxyde de silicium SiOdeux est une molécule de trois atomes, dans laquelle l'atome de silicium est attaché à deux atomes d'oxygène par des liaisons covalentes.

Structure chimique de la molécule de SiOdeux. Grasso Luigi [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]. Source: Wikimedia Commons.

L'unité structurelle de la silice solide en tant que telle est un tétraèdre où un atome de silicium est entouré de 4 atomes d'oxygène.

Unité structurelle de silice solide: gris = silicium, rouge = oxygène. Benjah-bmm27 [Domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

Les tétraèdres sont réunis en partageant les atomes d'oxygène de leurs sommets contigus.

C'est pourquoi un atome de silicium partage chacun des 4 atomes d'oxygène en deux et cela explique la relation dans le composé de 1 atome de silicium à 2 atomes d'oxygène (SiOdeux).

Tetrahedra partage les oxygènes dans SiOdeux. Benjah-bmm27 [Domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

Composés SiOdeux sont divisés en deux groupes: la silice cristalline et la silice amorphe.

Les composés de silice cristalline ont des structures à motif répétitif de silicium et d'oxygène.

La silice cristalline a des unités répétitives. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)]. Source: Wikimedia Commons.

Tout cristal de silice peut être considéré comme une molécule géante où le réseau cristallin est très fort. Les tétraèdres peuvent être liés de diverses manières, donnant lieu à diverses formes cristallines.

Dans la silice amorphe, les structures sont fixées au hasard, sans suivre un motif régulier défini entre les molécules et celles-ci sont dans une relation spatiale différente les unes avec les autres..

Dans la silice amorphe, les liaisons ne sont ni répétitives ni uniformes. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Utilisateur: Jdrewitttravail dérivé: Matt [Domaine public]. Source: Wikimedia Commons.

Nomenclature

-Oxyde de silicium

-Dioxyde de silicone

-Silice

-Quartz

-Tridymite

-Cristobalita

-Dioxosilane

Propriétés

État physique

Incolore à gris solide.

Échantillon de SiOdeux pur. LHcheM [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Source: Wikimedia Commons.

Poids moléculaire

60,084 g / mol

Point de fusion

1713 ºC

Point d'ébullition

2230 ºC

Densité

2,17 à 2,32 g / cm3

Solubilité

Insoluble dans l'eau. La silice amorphe est soluble dans les alcalis, surtout si elle est finement divisée. Soluble dans l'acide fluorhydrique HF.

La silice amorphe est moins hydrophile, c'est-à-dire moins liée à l'eau que cristalline.

Propriétés chimiques

Le SiOdeux o La silice est essentiellement inerte à la plupart des substances, elle est très peu réactive.

Résiste à l'attaque du chlore Cldeux, brome Brdeux, hydrogène Hdeux et de la plupart des acides à température ambiante ou légèrement plus élevée. Il est attaqué par le fluor Fdeux, acide fluorhydrique HF et alcalis tels que le carbonate de sodium NadeuxCO3.

Le SiOdeux Il peut se combiner avec des éléments métalliques et des oxydes pour former des silicates. Si la silice est fondue avec des carbonates de métaux alcalins à environ 1300 ° C, des silicates alcalins sont obtenus et du CO est libéré.deux.

Ce n'est pas combustible. A une faible conductivité thermique.

Présence dans la nature

La principale source de silice dans la nature est le sable.

Le SiOdeux ou la silice se présente sous la forme de trois variétés cristallines: le quartz (le plus stable), la tridymite et la cristobalite. Les formes amorphes de silice sont l'agate, le jaspe et l'onyx. L'opale est une silice hydratée amorphe.

Il y a aussi la silice dite biogénique, c'est-à-dire celle générée par les organismes vivants. Les sources de ce type de silice sont les bactéries, les champignons, les diatomées, les éponges de mer et les plantes.

Les parties brillantes et dures du bambou et de la paille contiennent de la silice, et les squelettes de certains organismes marins ont également une forte proportion de silice; cependant, les terres de diatomées sont les plus importantes.

Les terres à diatomées sont des produits géologiques d'organismes unicellulaires en décomposition (algues).

Autres types de silice naturelle

Dans la nature, il existe également les variétés suivantes:

- Silices vitreuses qui sont des verres volcaniques

- Les léchatériélites qui sont des verres naturels produits par la fusion de matériaux siliceux sous l'impact de météorites

- Silice fondue qui est de la silice chauffée à la phase liquide et refroidie sans lui permettre de cristalliser

Obtention

La silice des sables est obtenue directement des carrières.

Carrière de sable en Californie. Chou à la crème de tuf Ruff [CC0]. Source: Wikimedia Commons.

De la diatomite ou de la terre de diatomées est également obtenue de cette manière, en utilisant des excavatrices et des équipements similaires..

La silice amorphe est préparée à partir de solutions aqueuses de silicate de métal alcalin (tel que Na de sodium) par neutralisation avec un acide, tel que l'acide sulfurique HdeuxSW4, acide chlorhydrique HCl ou dioxyde de carbone COdeux.

Si le pH final de la solution est neutre ou alcalin, on obtient de la silice précipitée. Si le pH est acide, du gel de silice est obtenu.

La silice fumée est préparée par combustion d'un composé de silicium volatil, généralement du tétrachlorure de silicium SiCl4. La silice précipitée est obtenue à partir d'une solution aqueuse de silicates à laquelle on ajoute de l'acide.

La silice colloïdale est une dispersion stable de particules de silice amorphe de taille colloïdale dans une solution aqueuse.

Applications

Dans diverses applications

Silice ou SiOdeux Il a une grande variété de fonctions, par exemple il sert d'abrasif, d'absorbant, d'anti-agglomérant, de charge, d'opacifiant et de favoriser la suspension d'autres substances, parmi de nombreux autres modes d'utilisation..

Il est utilisé par exemple:

-Dans la fabrication de verre, céramique, réfractaires, abrasifs et verre à eau

-Décoloration et purification des huiles et produits pétroliers

-Dans les moules de fonderie

-En tant qu'agent anti-agglomérant pour les poudres de toutes sortes

-Comme anti-mousse

-Pour filtrer les liquides tels que les solvants de nettoyage à sec, l'eau de piscine et les eaux usées municipales et industrielles

-Dans la fabrication d'isolation thermique, de briques ignifuges et de matériaux d'emballage résistant au feu et aux acides

-En tant que charge dans la fabrication du papier et du carton, pour les rendre plus résistants

-En tant que charge de peinture pour améliorer l'écoulement et la couleur

-Dans les matériaux de polissage des métaux et du bois, car il leur confère un pouvoir abrasif

-Dans les laboratoires d'analyses chimiques en chromatographie et comme absorbant

-En tant qu'agent anti-agglomérant dans les formules insecticides et agrochimiques, pour aider à broyer les pesticides cireux et comme support du composé actif

-En tant que support de catalyseur

-Comme charge pour renforcer les caoutchoucs et caoutchoucs synthétiques

-En tant que vecteur fluide dans l'alimentation animale

-Dans les encres d'imprimerie

-Comme déshydratant et adsorbant, sous forme de gel de silice

-En tant qu'additif dans le ciment

-Comme la litière pour animaux de compagnie

-Dans les isolateurs pour la microélectronique

-Sur les interrupteurs thermo-optiques

Gel de silice. KENPEI [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]. Source: Wikimedia Commons.

Dans l'industrie alimentaire

La silice amorphe est incorporée dans une variété de produits alimentaires en tant qu'ingrédient direct multifonctionnel dans divers types d'aliments. Il ne doit pas dépasser 2% de l'aliment fini.

Par exemple, il sert d'agent anti-agglomérant (pour empêcher certains aliments de coller), de stabilisant dans la production de bière, d'anti-précipitant, pour filtrer le vin, la bière et les jus de fruits ou de légumes.

Equipement pour filtrer le vin avec de la terre de diatomées (SiOdeux). Fabio Ingrosso [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]. Source: Wikimedia Commons.

Il agit comme absorbant pour les liquides de certains aliments et comme composant de microcapsules pour aromatiser les huiles.

De plus, le SiOdeux L'amorphe est appliqué par un processus spécial sur la surface des plastiques des articles d'emballage alimentaire, agissant comme une barrière.

Dans l'industrie pharmaceutique

Il est ajouté en tant qu'agent anti-agglomérant, épaississant, gélifiant et en tant qu'excipient, c'est-à-dire comme aide à la prise de divers médicaments et vitamines..

Dans l'industrie des cosmétiques et des soins personnels

Il est utilisé dans une multitude de produits: dans les poudres pour le visage, les fards à paupières, les eye-liners, les rouges à lèvres, les fards à joues, les démaquillants, les poudres, les poudres pour les pieds, les teintures capillaires et les décolorants.

Aussi dans les huiles et sels de bain, bains moussants, crèmes pour les mains et le corps, hydratants, déodorants, crèmes ou masques pour le visage (à l'exception des crèmes à raser), parfums, lotions et crèmes nettoyantes.

Également dans les crèmes d'hydratation de nuit, les vernis à ongles et les paillettes, les lotions rafraîchissantes pour la peau, les toniques capillaires, le dentifrice, les revitalisants capillaires, les gels et crèmes de bronzage.

Dans les applications thérapeutiques

Le SiOdeux Il est présent dans les verres bioactifs ou les bioglasses dont la principale caractéristique est qu'ils peuvent réagir chimiquement avec l'environnement biologique qui les entoure, formant un lien fort et durable avec les tissus vivants.

Ce type de matériau est utilisé pour fabriquer des substituts osseux tels que ceux du visage, comme des "échafaudages" sur lesquels les cellules osseuses vont se développer. Ils ont montré une bonne biocompatibilité avec les os et les tissus mous.

Ces bi-verres permettront de récupérer les os du visage aux personnes qui les ont perdus par accident ou maladie.

Des risques

Des particules de silice très fines peuvent se propager dans l'air et former des poussières non explosives. Mais cette poussière peut irriter la peau et les yeux. L'inhalation provoque une irritation des voies respiratoires.

De plus, l'inhalation de poussière de silice provoque des dommages progressifs à long terme aux poumons, appelés silicose..

Les références

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  2. Cotton, F. Albert et Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie inorganique avancée. Quatrième édition. John Wiley et fils.
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  4. Ylänen, H. (éditeur). (2018). Verres bioactifs: matériaux, propriétés et applications (deuxième édition). Elsevier. Récupéré de books.google.co.ve.
  5. Windholz, M. et coll. (éditeurs) (1983) The Merck Index. Une encyclopédie des produits chimiques, des médicaments et des produits biologiques. Dixième édition. Merck & CO., Inc.
  6. Mäkinen, J. et Suni, T. (2015). Wafers SOI à couche épaisse. In Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (deuxième édition). Récupéré de sciencedirect.com.
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