- Struttura
- Nomenclatura
- Proprietà
- Stato fisico
- Peso molecolare
- Punto di fusione
- Punto di ebollizione
- Densità
- solubilità
- Proprietà chimiche
- Presenza in natura
- Altri tipi di silice naturale
- Ottenere
- applicazioni
- In varie applicazioni
- Nell'industria alimentare
- Nell'industria farmaceutica
- Nell'industria cosmetica e della cura della persona
- Nelle applicazioni terapeutiche
- rischi
- Riferimenti
L' ossido di silicio è un solido inorganico formato dal legame di un atomo di silicio e due ossigeno. La sua formula chimica è SiO 2 . Questo composto naturale è anche chiamato silice o biossido di silicio.
SiO 2 è il minerale più abbondante nella crosta terrestre, poiché la sabbia è composta da silice. A seconda della sua struttura, la silice può essere cristallina o amorfa. È insolubile in acqua, ma si dissolve in alcali e acido fluoridrico HF.
La sabbia è una fonte di biossido di silicio SiO 2 . ರವಿಮುಂ. Fonte: Wikimedia Commons.
SiO 2 è presente anche nella struttura di alcune piante, batteri e funghi. Anche negli scheletri di organismi marini. Oltre alla sabbia, ci sono anche altri tipi di pietre che sono fatte di silice.
La silice è ampiamente utilizzata, svolgendo una varietà di funzioni. L'impiego più diffuso è come materiale filtrante per liquidi come oli e prodotti petroliferi, bevande come birra e vino, nonché succhi di frutta.
Ma ha molte altre applicazioni. Uno dei più utili e importanti è nella produzione di vetri bioattivi, che consentono di realizzare "scaffold" dove le cellule ossee crescono per produrre pezzi ossei mancanti per caso o malattia.
Struttura
Il biossido di silicio SiO 2 è una molecola a tre atomi, in cui l'atomo di silicio è legato a due atomi di ossigeno legati in modo covalente.
Struttura chimica della molecola SiO 2 . Grasso Luigi. Fonte: Wikimedia Commons.
L'unità strutturale della silice solida in quanto tale è un tetraedro in cui un atomo di silicio è circondato da 4 atomi di ossigeno.
Unità strutturale di silice solida: grigio = silicio, rosso = ossigeno. Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.
I tetraedri si legano insieme condividendo gli atomi di ossigeno dai loro vertici contigui.
Questo è il motivo per cui un atomo di silicio condivide ciascuno dei 4 atomi di ossigeno a metà e questo spiega la relazione nel composto di 1 atomo di silicio con 2 atomi di ossigeno (SiO 2 ).
I tetraedri condividono gli ossigeni in SiO 2 . Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.
I composti di SiO 2 si dividono in due gruppi: silice cristallina e silice amorfa.
I composti di silice cristallina hanno strutture ripetitive di silicio e ossigeno.
La silice cristallina ha unità ripetitive. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Fonte: Wikimedia Commons.
Tutti i cristalli di silice possono essere considerati una molecola gigante in cui il reticolo cristallino è molto forte. I tetraedri possono essere collegati in vari modi, dando origine a varie forme cristalline.
Nella silice amorfa, le strutture sono attaccate casualmente, senza seguire uno schema regolare definito tra le molecole e queste sono in una relazione spaziale diversa tra loro.
Nella silice amorfa i legami non sono ripetitivi o uniformi. Silica.svg: * Silica.jpg: en: User: Jdrewittderivative work: Matt. Fonte: Wikimedia Commons.
Nomenclatura
-Ossido di silicio
-Biossido di silicio
-Silice
-Quarzo
-Tridimita
-Christobalite
-Dioxosilano
Proprietà
Stato fisico
Solido da incolore a grigio.
Campione di SiO puro 2 . LHcheM. Fonte: Wikimedia Commons.
Peso molecolare
60,084 g / mol
Punto di fusione
1713 ºC
Punto di ebollizione
2230 ºC
Densità
2,17-2,32 g / cm 3
solubilità
Insolubile in acqua. La silice amorfa è solubile in alcali, soprattutto se finemente suddivisa. Solubile in acido fluoridrico HF.
La silice amorfa è meno idrofila, cioè meno correlata all'acqua che cristallina.
Proprietà chimiche
SiO 2 o silice è essenzialmente inerte alla maggior parte delle sostanze, è molto poco reattivo.
Resiste all'attacco del cloro Cl 2 , del bromo Br 2 , dell'idrogeno H 2 e della maggior parte degli acidi a temperatura ambiente o leggermente superiore. Viene attaccato dal fluoro F 2 , dall'acido fluoridrico HF e da alcali come il carbonato di sodio Na 2 CO 3 .
SiO 2 può combinarsi con elementi metallici e ossidi per formare silicati. Se la silice viene fusa con carbonati di metalli alcalini a circa 1300 ° C, si ottengono silicati alcalini e si sviluppa CO 2 .
Non è combustibile. Ha una bassa conducibilità termica.
Presenza in natura
La principale fonte di silice in natura è la sabbia.
SiO 2 o silice ha la forma di tre varietà cristalline: quarzo (il più stabile), tridimite e cristobalite. Le forme amorfe di silice sono agata, diaspro e onice. L'opale è una silice idrata amorfa.
Esiste anche la cosiddetta silice biogena, cioè quella generata dagli organismi viventi. Le fonti di questo tipo di silice sono batteri, funghi, diatomee, spugne di mare e piante.
Le parti lucide e dure del bambù e della paglia contengono silice e anche gli scheletri di alcuni organismi marini hanno un'elevata percentuale di silice; tuttavia, le più importanti sono le farina fossile.
Le terre di diatomee sono prodotti geologici di organismi unicellulari decomposti (alghe).
Altri tipi di silice naturale
In natura esistono anche le seguenti varietà:
- Silici vetrose che sono vetri vulcanici
- Lechaterielites che sono vetri naturali prodotti dalla fusione di materiale siliceo sotto l'impatto di meteoriti
- Silice fusa che è silice riscaldata alla fase liquida e raffreddata senza consentirne la cristallizzazione
Ottenere
La silice dalle sabbie è ottenuta direttamente dalle cave.
Cava di sabbia in California. Bigné di tufo ruvido. Fonte: Wikimedia Commons.
In questo modo si ottiene anche la diatomite o farina fossile, utilizzando escavatori e attrezzature simili.
La silice amorfa viene preparata a partire da soluzioni acquose di silicato di metallo alcalino (come sodio Na) mediante neutralizzazione con acido, come acido solforico H 2 SO 4 , acido cloridrico HCl o anidride carbonica CO 2 .
Se il pH finale della soluzione è neutro o alcalino, si ottiene silice precipitata. Se il pH è acido, si ottiene gel di silice.
La silice fumata viene preparata mediante combustione di un composto volatile di silicio, solitamente tetracloruro di silicio SiCl 4 . La silice precipitata si ottiene da una soluzione acquosa di silicati a cui si aggiunge acido.
La silice colloidale è una dispersione stabile di particelle di dimensioni colloidali di silice amorfa in una soluzione acquosa.
applicazioni
In varie applicazioni
La silice o SiO 2 ha un'ampia varietà di funzioni, ad esempio funge da abrasivo, assorbente, antiagglomerante, riempitivo, opacizzante e per promuovere la sospensione di altre sostanze, tra molte altre modalità di utilizzo.
Viene utilizzato ad esempio:
-Nella produzione di vetro, ceramica, refrattari, abrasivi e bicchiere d'acqua
-Decolorazione e purificazione di oli e prodotti petroliferi
-In stampi per colata
-Come agente antiagglomerante per polveri di ogni tipo
-Come antischiuma
-Per filtrare liquidi come solventi per lavaggio a secco, acqua di piscine e acque reflue urbane e industriali
-Nella produzione di isolamento termico, mattoni ignifughi e materiali da imballaggio resistenti al fuoco e agli acidi
-Come riempitivo nella produzione di carte e cartone, per renderli più resistenti
-Come riempitivo per vernici per migliorarne lo scorrimento e il colore
-Nei materiali per la lucidatura di metalli e legno, poiché conferisce abrasività
-Nei laboratori di analisi chimiche in cromatografia e come assorbente
-Come agente antiagglomerante in formule insetticide e agrochimiche, per aiutare a macinare i pesticidi cerosi e come vettore del composto attivo
-Come supporto catalizzatore
-Come riempitivo per rinforzare gomme e gomme sintetiche
-Come trasportatore di liquidi nell'alimentazione animale
-In inchiostri da stampa
-Come essiccante e adsorbente, sotto forma di gel di silice
-Come additivo nel cemento
-Come la sabbia degli animali domestici
-In isolatori per microelettronica
-Su interruttori termo-ottici
Gel di silice. KENPEI. Fonte: Wikimedia Commons.
Nell'industria alimentare
La silice amorfa è incorporata in una varietà di prodotti alimentari come ingrediente diretto multifunzionale in vari tipi di alimenti. Non dovrebbe superare il 2% del cibo finito.
Ad esempio, funge da agente antiagglomerante (per evitare che alcuni alimenti si attacchino), come stabilizzante nella produzione di birra, come anti-precipitante, per filtrare vino, birra e succhi di frutta o verdura.
Attrezzatura per la filtrazione del vino con farina fossile (SiO 2 ). Fabio Ingrosso. Fonte: Wikimedia Commons.
Agisce come assorbente per liquidi in alcuni alimenti e componente di microcapsule per aromatizzare gli oli.
Inoltre, il SiO 2 amorfo viene applicato attraverso uno speciale processo sulla superficie delle plastiche degli articoli di confezionamento alimentare, fungendo da barriera.
Nell'industria farmaceutica
Viene aggiunto come agente antiagglomerante, addensante, gelificante e come eccipiente, cioè come coadiuvante nella pastiglia di vari farmaci e vitamine.
Nell'industria cosmetica e della cura della persona
È utilizzato in una moltitudine di prodotti: ciprie, ombretti, eyeliner, rossetti, blush, struccanti, ciprie, ciprie per i piedi, tinture per capelli e decoloranti.
Anche in oli e sali da bagno, bagni di schiuma, creme per le mani e per il corpo, creme idratanti, deodoranti, creme o maschere per il viso (escluse le creme da barba), profumi, lozioni e creme detergenti.
Anche in creme idratanti notturne, smalti e vernici per unghie, lozioni rinfrescanti per la pelle, toner per capelli, dentifricio, balsami per capelli, gel e creme abbronzanti.
Nelle applicazioni terapeutiche
SiO 2 è presente nei vetri bioattivi o bioglass la cui caratteristica principale è quella di poter reagire chimicamente con l'ambiente biologico che li circonda, formando un legame forte e duraturo con il tessuto vivente.
Questo tipo di materiale viene utilizzato per realizzare sostituti ossei come quelli del viso, come "impalcature" su cui cresceranno le cellule ossee. Hanno mostrato una buona biocompatibilità sia con le ossa che con i tessuti molli.
Questi bioglass permetteranno di recuperare le ossa dal viso di persone che le hanno perse per incidente o malattia.
rischi
Particelle di silice molto fini possono disperdersi nell'aria e formare polveri non esplosive. Ma questa polvere può irritare la pelle e gli occhi. La sua inalazione provoca irritazione delle vie respiratorie.
Inoltre, l'inalazione di polvere di silice provoca un danno progressivo a lungo termine ai polmoni, chiamato silicosi.
Riferimenti
- Biblioteca nazionale di medicina degli Stati Uniti. (2019). Biossido di silicio. Recupero da pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
- Da Silva, MR et al. (2017). Tecniche di estrazione verde. Sorbenti a base di silice. In chimica analitica completa. Recupero da sciencedirect.com.
- Ylänen, H. (a cura di). (2018). Occhiali bioattivi: materiali, proprietà e applicazioni (seconda edizione). Elsevier. Recupero da books.google.co.ve.
- Windholz, M. et al. (editori) (1983) The Merck Index. Un'enciclopedia di prodotti chimici, farmaci e biologici. Decima edizione. Merck & CO., Inc.
- Mäkinen, J. e Suni, T. (2015). Wafer SOI a film spesso. In Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (seconda edizione). Recupero da sciencedirect.com.
- Sirleto, L. et al. (2010). Interruttori termo-ottici. Nanocristalli di silicio. Recupero da sciencedirect.com.