Силициев диоксид
Силициев диоксид (SiO2) е мрежов ковалентен оксид. Свойствата произтичат от състава, връзките, геометрията и поведението на частиците в чистото вещество или в разтвор.
Основни данни
Какво показва формулата
Една формулна единица SiO2 съдържа 1 × силиций (Si), 2 × кислород (O). От относителните атомни маси се получава моларна маса приблизително 60.083 g/mol. Индексите показват броя атоми; сами по себе си не определят заряд, геометрия или степен на окисление.
Масови дялове на елементите
По маса най-голям принос има кислород (O, 53.3 %). Масовият дял зависи едновременно от броя атоми и относителните им атомни маси, затова не може да се съди само по индексите във формулата.
| Елементи във формулата | # | % m/m |
|---|---|---|
| силиций (Si) | 1 | 46.7 % |
| кислород (O) | 2 | 53.3 % |
Строеж и химични връзки
Обичайният твърд силициев диоксид не е изграден от отделни линейни молекули O=Si=O. В кварца и много други форми всеки силициев атом е тетраедрично свързан с четири кислородни атома, а кислородите свързват съседни центрове Si и изграждат обширна ковалентна мрежа.
При тълкуване на строежа трябва да се различават връзките вътре в частицата от силите между частиците. Полярността на връзките, формата на молекулата, делокализацията на електрони или мрежовият строеж влияят по различни механизми върху разтворимостта, фазовите преходи и реактивността.
R3 визуализации
Химично поведение
Здравата мрежа от връзки Si–O обяснява високата термична устойчивост и слабата реактивност към много реагенти. Силициевият диоксид все пак реагира например с флуороводородна киселина и при подходящи условия със силни основи, като се образуват флуоросиликатни или силикатни видове.
Числените свойства имат смисъл само при посочени условия. Температурата, налягането, чистотата и съставът на сместа могат да променят агрегатното състояние, плътността, разтворимостта и скоростта на реакция. При летливи вещества е важна концентрацията на парите, а при твърди — кристалната форма и размерът на частиците.
Разтвори, равновесия и условия
В разтвор или газова смес може да не преобладава същата форма както в чистото вещество. Хидратация, асоциация, димеризация или реакция с разтворителя могат да променят реалното разпределение на химичните видове.
При сравняване на данни трябва да се посочат средата и концентрацията. Една и съща сумарна формула не показва дали има отделни молекули, обширна мрежа, хидратирана форма или равновесна смес от няколко вида.
Приложения и значение
Силициевият диоксид е основа на кварца, стъклото и много керамики.
Приложението на веществото произтича от съчетание на реактивност, полярност, летливост, механични свойства или способност за образуване на други материали. Полезно свойство в контролиран процес може при неконтролирано излагане да стане източник на риск.
Безопасност и правилен контекст
Финият вдишваем прах от кристален SiO₂ е сериозен инхалационен риск, различен от контакта с компактно стъкло.
Профилът на безопасност зависи от дозата, концентрацията, агрегатното състояние и пътя на експозиция. При газове и летливи течности е ключова вентилацията, а при прахове и размерът на частиците. Самото химично име не е достатъчно за оценка на риска.
Важно сравнение
Сравнението с CO₂ показва разликата между молекулен оксид и триизмерна ковалентна мрежа.
Сравнението на сродни съединения показва, че малка промяна във функционалната група, степента на окисление или пространствения строеж може силно да промени полярност, реактивност, токсичност и приложение.