Dioxit silic

Dioxit silic, còn được gọi là silica (từ tiếng Latin silex), là một oxide của silic với công thức hóa học SiO₂. Đây là một chất rất cứng đã được biết đến từ thời cổ đại. Phân tử SiO₂ không tồn tại đơn lẻ mà liên kết tạo thành các phân tử lớn. Silica có hai dạng chính là tinh thể và vô định hình. Trong tự nhiên, silica chủ yếu xuất hiện dưới dạng tinh thể hoặc vi tinh thể (như thạch anh, tridymit, cristobalit, canxedon, đá mã não), trong khi silica tổng hợp thường có dạng bột hoặc keo với cấu trúc vô định hình (silica colloidal). Một số dạng silica tinh thể có thể được tạo ra ở nhiệt độ và áp suất cao như coesit và stishovit.
Silica phổ biến trong tự nhiên dưới dạng cát hoặc thạch anh và là thành phần chính của một số loại thủy tinh và bê tông. Nó cũng là một khoáng vật phổ biến trong lớp vỏ Trái Đất.
Silica tinh thể có ba dạng thù hình chính: thạch anh, triđimit và cristobalit, với hai hoặc ba dạng phụ: α ở nhiệt độ thấp và β ở nhiệt độ cao. Các dạng tinh thể này có cấu trúc khác nhau của nhóm tứ diện SiO₄. Thạch anh α có góc liên kết Si-O-Si là 150°, trong khi ở tridimit và cristobalit là 180°. Thạch anh có các nhóm tứ diện SiO₄ sắp xếp theo kiểu xoắn ốc, tương ứng với α-thạch anh và β-thạch anh. Để chuyển từ thạch anh thành cristobalit, góc Si-O-Si phải thay đổi từ 150° thành 180°, và để chuyển thành α-tridimit, cần phải xoay tứ diện SiO₄ quanh trục đối xứng 180°.
Silica có thể được điều chế thành nhiều dạng như silica gel, silica khói (fumed silica), aerogel, xerogel, silica keo (colloidal silica)... Silica Nanosprings được sản xuất bằng phương pháp hơi lỏng-rắn ở nhiệt độ phòng.

Ứng dụng

Silica thường được sử dụng để sản xuất kính cửa sổ và lọ thủy tinh. Hầu hết sợi quang học dùng trong viễn thông cũng được làm từ silica. Nó là thành phần chính trong gốm sứ trắng như đất nung, gốm sa thạch và đồ sứ, cũng như trong xi măng Portland.

Ngoài ra, nhờ vào nhiều đặc tính ưu việt như tính tương thích sinh học, tính trơ, diện tích bề mặt lớn và khả năng thanh thải, vật liệu silica được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như phân phối thuốc/gen, cảm biến sinh học, điều trị ung thư và sản xuất vaccine (đang nghiên cứu).

Đặc điểm hóa học

Dioxit silic có thể phản ứng với kiềm và oxide cơ bản để tạo thành muối silicat khi được nung nóng.

Dioxit silic không tương tác với nước.

Dioxit silic phản ứng với axit hydrofluoric (HF) theo phương trình sau:

SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 6HF_(đặc) → H₂SiF₆ + 2H₂O

Tổng hợp (Sản xuất)

Mặc dù silica thường gặp trong tự nhiên, nó cũng có thể được tổng hợp qua nhiều phương pháp khác nhau:

• Bằng cách cho silic phản ứng với oxy ở nhiệt độ cao (theo sách giáo khoa hóa học lớp 9):

(phương pháp này thường được dùng để tạo lớp SiO₂ phủ lên bề mặt silic)

• Phương pháp phun khói (thủy phân silic halogel ở nhiệt độ cao cùng với oxy và hydro)

• Phương pháp kết tủa (cho thủy tinh lỏng phản ứng với một acid vô cơ)

• Phương pháp sol-gel (Thủy phân một alkoxysilan bằng cách sử dụng xúc tác base hoặc acid)

Tìm hiểu thêm

• R. K. Iler, Hóa học của Silica (ISBN 0-471-02404-X)

• Sol-gel
• Vật lý của thủy tinh
• Thủy tinh bán dẫn
• Carbon vô định hình
• Silica nung chảy
• Silic carbide
• Silica có kích thước trung bình
• Đất diatom - khai thác từ diatom hóa thạch, sản phẩm chính là silica, thường được sử dụng như silica nguyên chất.
• Thạch anh

Liên kết ngoài

• Tridymit, Thẻ an toàn hóa chất quốc tế 0807
• Thạch anh, Thẻ an toàn hóa chất quốc tế 0808
• Cristobalit, Thẻ an toàn hóa chất quốc tế 0809
• amorphous, Hướng dẫn an toàn hóa chất NIOSH
• crystalline, như bụi hô hấp,Hướng dẫn an toàn hóa chất NIOSH
• Hình thành lớp oxide silicon trong ngành công nghiệp bán dẫn. So sánh phương pháp LPCVD và PECVD. Ngăn ngừa căng thẳng.
• Thuộc tính piezoelectric của Quartz SiO₂ Lưu trữ 2008-05-09 tại Wayback Machine
• Silica(SiO₂)

•  “silica” . Encyclopædia Britannica (ấn bản 11). 1911.