Silice
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 iunie 2020; verificările necesită 13 modificări .| Silice | |
|---|---|
| General | |
Nume sistematic |
oxid de siliciu (IV). |
| Nume tradiționale | silice; silice |
| Chim. formulă | SiO2 _ |
| Aspect | E551 - sub formă de nanoparticule sferice, cu dimensiunea de 20–60 nm |
| Proprietăți fizice | |
| Masă molară | 60,0843 g/ mol |
| Densitate | 1,96 până la 2,6 g/cm³ |
| Rezistenta electrica specifica | 10¹¹ până la 10¹³ ohm m |
| Proprietati termice | |
| Temperatura | |
| • topirea | 1600°C |
| • fierbere | 2950°C |
| Presiunea aburului | 0 ± 1 mmHg |
| Clasificare | |
| Reg. numar CAS | 7631-86-9 |
| PubChem | 24261 |
| Reg. numărul EINECS | 231-545-4 |
| ZÂMBETE | O=[Si]=O |
| InChI | InChl=1S/O2Si/c1-3-2VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N |
| Codex Alimentarius | E551 |
| RTECS | VV7565000 |
| CHEBI | 30563 |
| ChemSpider | 22683 |
| Siguranță | |
| Limitați concentrația | 3 mg/m³ |
| LD 50 | 3500 mg/kg |
| Toxicitate | toxic sub formă de nanoparticule (E551, aerosil), zile doza pentru oameni - 1 mg/kg |
| Pictograme BCE | |
| NFPA 704 |
0
0
0 |
| Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel. | |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Dioxid de siliciu ( silice , SiO 2 ; lat. silice ) - oxid de siliciu (IV). Cristale incolore , practic insolubile în apă, cu duritate și rezistență ridicate .
Dioxidul de siliciu este componenta principală a aproape tuturor rocilor terestre , în special pământul de diatomee . Siliciul și silicații reprezintă 87% din masa litosferei . În sângele și plasma umană, concentrația de silice este de 0,001% în greutate [1] .
Proprietăți
- Aparține grupului de oxizi acizi .
- Când este încălzit, interacționează cu oxizii bazici și alcalii.
- Masă molară: 60,084 g/mol
- Reacționează cu acidul fluorhidric .
- SiO 2 aparține grupului de oxizi care formează sticlă, adică este predispus la formarea unei sticlă topită suprarăcită .
- Dielectric ( curentul electric nu conduce dacă nu are impurități și nu se încălzește).
Polimorfism
Dioxidul de siliciu are mai multe polimorfe .
Cele mai frecvente dintre ele pe suprafața pământului - α - cuarț - cristalizează în singonie trigonală . În condiții normale, dioxidul de siliciu se găsește cel mai adesea în modificarea polimorfă a α-quartz, care, la temperaturi peste +573 °C, se transformă reversibil în β-quartz. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, cuarțul se transformă în tridimit și cristobalit . Acești polimorfi sunt stabili la temperaturi ridicate și presiuni scăzute.
În natură se găsesc și forme - opal , calcedonie , cuarț , lutecit , cuarț authigenic , care aparțin grupului de silice. Opalul (SiO 2 · n H 2 O) în secțiune subțire este incolor, izotrop , are un relief negativ, este depus în rezervoare marine și face parte din multe roci silicioase. Calcedoniul, cuarțul, lutecitul - SiO 2 - sunt soiuri criptocristaline de cuarț. Formează agregate fibroase, rozete, sferulite, incolore, albăstrui, gălbui. Ele diferă unele de altele prin unele proprietăți - pentru calcedonie și cuarț - extincție directă, pentru lutecit - oblic, pentru calcedonie - alungire negativă.
La temperatură și presiune ridicată , dioxidul de siliciu se transformă mai întâi în coezit (care a fost sintetizat în 1953 de chimistul american Loring Coes), apoi în stishovit (care a fost sintetizat în 1961 de S. M. Stishov , iar în 1962 a fost descoperit în craterul Barringer ( craterul meteoritului Arizona) [2] [3] .Conform unor studii[ ce? ] , stishovitul alcătuiește o parte semnificativă a mantalei , așa că întrebarea despre ce tip de SiO 2 este cel mai frecvent pe Pământ nu are încă un răspuns clar.
De asemenea, are o modificare amorfă - sticlă de cuarț .
Proprietăți chimice
Dioxidul de siliciu SiO 2 este un oxid acid care nu reacționează cu apa.
Rezistent chimic la acizi, dar reacţionează cu acidul fluorhidric gazos :
și acid fluorhidric :
![{\mathsf {SiO_{2}+6HF\rightarrow H_{2}[SiF_{6}]+2H_{2}O))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/13b99cb061378a488154c85d2b6585eaba673596)
Aceste două reacții sunt utilizate pe scară largă pentru a topi sticla.
Când SiO 2 este fuzionat cu alcalii și oxizi bazici, precum și cu carbonați ai metalelor active, se formează silicați - săruri ale acizilor silicici foarte slabi, insolubili în apă, cu formula generală xH 2 O ySiO 2 care nu au o compoziție constantă. (destul de des se menționează în literatură acizii nesilicici, dar acidul silicic, deși de fapt vorbim despre aceeași substanță).
De exemplu, ortosilicatul de sodiu poate fi produs :
sau amestec de silicat de calciu și sodiu:
Geamurile sunt realizate din silicat de Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O CaO 6 SiO 2 ) .
Majoritatea silicaților nu au o compoziție permanentă. Dintre toți silicații, doar silicații de sodiu și potasiu sunt solubili în apă. Soluțiile acestor silicați în apă se numesc sticlă lichidă. Datorită hidrolizei , aceste soluții se caracterizează printr-un mediu puternic alcalin. Silicații hidrolizați se caracterizează prin formarea de soluții nu adevărate, ci coloidale . La acidificarea soluțiilor de silicați de sodiu sau de potasiu, precipită un precipitat alb gelatinos de acizi silicici hidratați.
Principalul element structural atât al dioxidului de siliciu solid, cât și al tuturor silicaților este gruparea [SiO 4/2 ], în care atomul de siliciu Si este înconjurat de un tetraedru de patru atomi de oxigen O. Fiecare atom de oxigen este conectat la doi atomi de siliciu. Fragmente de [SiO4 /2 ] pot fi interconectate în moduri diferite. Dintre silicaţi, în funcţie de natura legăturii fragmentelor [SiO 4/2 ] din ele, se disting insulă, lanţ, panglică, stratificat, cadru şi altele.
În condiții speciale interacționează cu apa.
Proprietățile oxidante nu sunt caracteristice și apar doar în reacții cu agenți reducători puternici: cărbune, aluminiu, magneziu, calciu.
Obținerea
Dioxidul de siliciu sintetic este obţinut prin încălzirea siliciului la o temperatură de +400...+500°C într-o atmosferă de oxigen , în timp ce siliciul este oxidat la dioxid de SiO2 . Precum si oxidarea termica la temperaturi ridicate.
În condiții de laborator, silicea sintetică poate fi obținută prin acțiunea acizilor, chiar și a acidului acetic ușor , asupra silicaților solubili. De exemplu:
acidul silicic se descompune imediat în apă și SiO 2 , care precipită .
Siliciul natural sub formă de nisip este utilizat acolo unde nu este necesară puritatea ridicată a materialului.
Aplicație
Dioxidul de siliciu amorf neporos este utilizat în industria alimentară ca substanță auxiliară E551 , care previne aglomerarea și aglomerarea, în parafarmaceutică ( paste de dinți ), în industria farmaceutică ca substanță auxiliară (inclusă în majoritatea farmacopeilor ), pentru stabilizarea suspensiilor și linimentelor. , ca un unguent îngroșător baze, umpluturi pentru tablete și supozitoare. Face parte din compoziția materialelor de umplutură, reduce higroscopicitatea extractelor uscate, încetinește eliberarea de substanțe biologic active din diferite forme de dozare; ca aditivi alimentari și adsorbanți, precum și matrice pentru crearea formelor de dozare cu proprietăți dorite - deoarece nu există o structură cristalină (amorfenă) [4] , precum și un aditiv alimentar sau un medicament ca enterosorbent Polysorb MP cu o gamă largă de aplicații , ținând cont de suprafața de sorbție specifică ridicată (în intervalul 300-400 m²) la 1 g de substanță de bază.
Dioxidul de siliciu este utilizat în producția de sticlă , ceramică , abrazive , produse din beton , pentru a obține siliciu , ca umplutură în producția de cauciuc , în producția de refractare cu silice , în cromatografie și altele. Cristalele de cuarț
au proprietăți piezoelectrice și, prin urmare, sunt utilizate în inginerie radio , dispozitive cu ultrasunete , brichete și în fabricarea orgonitelor .
Folosit și la fabricarea cablurilor de fibră optică . Silice topită pură este utilizată cu adăugarea unor ingrediente speciale.
Filamentul de silice este folosit și în elementele de încălzire ale țigărilor electronice, deoarece absoarbe bine lichidul și nu se prăbușește sub încălzirea bobinei.
De asemenea, dioxidul de siliciu a găsit cea mai largă aplicație în industria anvelopelor, producția de produse din cauciuc și materiale plastice, industria chimică, inginerie mecanică și într-o serie de operațiuni specifice:
- ca purtător de catalizatori și substanțe chimice de protecție a plantelor;
- ca absorbanți și pulberi filtrante pentru regenerarea produselor petroliere;
- ca flux de înaltă calitate în procesele de metalurgie neferoasă;
- ca materie primă pentru producția de sticlă ecologică, recipiente de sticlă și cristal;
- ca umplutură în hârtie și carton pentru obținerea de materiale de ambalare curate din punct de vedere igienic pentru industria alimentară;
- pulberi filtrante pentru bere, uleiuri, sucuri, aditivi de matizare in lacuri si vopsele;
- pentru obtinerea de carbura de siliciu in inginerie mecanica - motoare ceramice, piese pentru complexul de constructii aeronave;
- pentru obtinerea de siliciu cristalin in industria electronica si electrica, izolatori electrici ceramici, fibre de sticla, fibra optica, fibra super-subtire;
- pentru sinteza zeoliților artificiali în petrochimie - cracarea petrolului și așa mai departe.
Cristalele mari de cuarț transparente sunt folosite ca pietre semiprețioase ; cristalele incolore se numesc cristal de stâncă , violet - ametist , galben - citrin .
În microelectronică , dioxidul de siliciu este unul dintre materialele principale. Este folosit ca strat izolator (de exemplu, un dielectric de poartă în tranzistoarele cu efect de câmp ), precum și ca acoperire de protecție. Obținut sub formă de pelicule subțiri prin oxidarea termică a siliciului, depunerea chimică în vapori , pulverizarea cu magnetron .
Silice poroasă
Silicele poroase sunt obținute prin diferite metode.
Silocromul se obține prin agregarea aerosilului , care, la rândul său, se obține prin arderea silanului ( Si H 4 ). Silochrome se caracterizează prin puritate ridicată, rezistență mecanică scăzută. Dimensiunea caracteristică a suprafeței specifice este de 60–120 m2/g. Este folosit ca sorbent în cromatografie , umplutură de cauciuc, cataliză .
Silicagelul se obține prin uscarea gelului de acid silicic. În comparație cu silocromul, are o puritate mai mică, dar poate avea o suprafață extrem de dezvoltată: de obicei de la 300 m²/g la 700 m²/g.
Aerogelul din silicon este de aproximativ 99,8% aer și poate avea o densitate de până la 1,9 kg/m³ (doar de 1,5 ori densitatea aerului).
Toxicitate
Sub formă de nanoparticule
Capacitatea nanoparticulelor de a pătrunde în barierele biologice și de a se acumula în organism, activitatea lor chimică și catalitică ridicată determină prezența unor proprietăți toxice în multe nanoparticule, care trebuie luate în considerare atunci când se evaluează posibilele riscuri ale expunerii lor la om. Volumul producției lor și incapacitatea de a se dizolva în apă și medii biologice sunt utilizate ca principale criterii de risc pentru nanoparticule. [5]
Conform TR CU 021/20111, produsele alimentare care conțin nanoparticule sau produse cu ajutorul nanotehnologiilor și care au proprietăți sunt considerate „produse de tip nou”, pentru care evaluarea conformității sub formă de înregistrare de stat este obligatorie. [5]
Până în 2018, în Rusia și Uniunea Vamală, aproximativ 60 de tipuri de produse nanoindustrie au trecut înregistrarea de stat ca un nou tip de produs alimentar. Acestea sunt în principal suplimente alimentare biologic active (BAA) care conțin substanțe alimentare în nanoforme, aditivi alimentari complecși - emulgatori și anumite tipuri de ajutoare tehnologice și materiale de ambalare compozite care utilizează nanoargile. Cu toate acestea, o analiză a gamei de produse alimentare de pe piață, a documentelor de reglementare care stabilesc cerințe pentru compoziția și siguranța acesteia arată că amploarea de utilizare a aditivilor alimentari sub formă de nanoparticule și nanomateriale în producția alimentară poate fi subestimată, întrucât particulele dimensiunea nu este reglementată și nu este controlată nici de cadrul de reglementare rus, nici internațional, în special de dioxid de siliciu amorf și dioxid de titan. [5]
Dioxidul de siliciu sub formă de E551 este utilizat ca agent antiaglomerare și purtător. TR CU 029/20122 stabilește nivelurile admise ale conținutului său în condimente (nu mai mult de 30 g/kg), produse bine ambalate în folie (30 g/kg), zahăr pudră (10 g/kg), sare și înlocuitori ai acestuia ( 10 g/kg).kg), brânzeturi și produse din brânzeturi (10 g/kg), arome (50 g/kg). Utilizarea materiilor prime alimentare care conțin E551 este permisă în producția de produse alimentare pentru copii. În produsele alimentare sub formă de tablete, suplimentele alimentare pentru alimente, produsele de cofetărie cu zahăr (cu excepția ciocolatei), conținutul de E551 nu este reglementat. Pe lângă produsele alimentare de mai sus, aportul de SiO2 amorf este posibil cu produse farmaceutice și cosmetice (paste de dinți etc.). [5] În volumul total de E551, o proporție semnificativă este forma sa, cum ar fi SiO2 pirogen foarte dispersat (Aerosil), care are o suprafață specifică de 300–380 m2/g, sub formă de nanoparticule sferice cu o dimensiune de aproximativ 20–60 nm, care se formează la nivel ultrastructural, slab legate (aglomerate). [5]
Cu toate acestea, specificația JECFA pentru acest aditiv alimentar nu conține informații despre dimensiunea particulelor sale, care, de regulă, nu este controlată și nu este declarată de producătorii de produse, drept urmare o cantitate semnificativă de produse alimentare în circulație poate conțin această substanță sub formă de nanomaterial, iar pentru unii Conform datelor, expunerea alimentelor umane la nanoparticulele de SiO2 poate depăși în prezent 1,8 mg/kg greutate corporală pe zi. În studiile efectuate pe animale de laborator, nanoparticulele de SiO2 au fost biodisponibile atunci când au intrat în tractul gastrointestinal, iar într-un experiment subacut de 3 luni la o doză de SiO2 nanodimensionat de tip Aerosil de 100 mg/kg greutate corporală s-a observat leucopenie la animale, a scăzut proporția de T-helper, a crescut proporția de limfocite citotoxice, a scăzut indicele imunoregulator (CD4/CD8), a fost observat un dezechilibru al citokinelor pro și antiinflamatorii, ceea ce împreună înseamnă un efect advers asupra sistemului imunitar. Un studiu morfologic a arătat că ținta de acțiune a nanoparticulelor de SiO2 furnizate cu alimente este membrana mucoasă a intestinului subțire, unde se observă limfomacrofag masiv și infiltrație eozinofilă a vilozităților. [5]
Ținând cont de introducerea a doi factori de siguranță de 10 ori la transferul datelor obținute în modele in vivo către oameni, doza zilnică admisă posibilă de nanoparticule de SiO2 din alimente nu este mai mare de 1 mg/kg de greutate corporală. [5]
- Anterior, se credea că substanța are toxicitate scăzută: MPC în zona de lucru este de 3 mg/m³. DL50 la șobolani - 3500 mg / kg. (sursă?)
- Când dioxidul de siliciu intră în țesuturile corpului, apar și se dezvoltă treptat granuloamele .
- Când praful este inhalat, apare iritația căilor respiratorii și apar și diverse boli ale tractului digestiv. Expunerea cronică la praf poate provoca silicoză pulmonară [1] .
Note
- ↑ 1 2 Saharov, 1990 .
- ↑ Manualul Chimistului 21 - Stishovite . Preluat la 23 septembrie 2019. Arhivat din original la 23 septembrie 2019.
- ↑ Lisichkin G.V. Chimia compușilor de suprafață grefată . Preluat la 23 septembrie 2019. Arhivat din original la 19 iunie 2017.
- ↑ Chimia medicală și utilizarea clinică a dioxidului de siliciu: monografie. / [DAR. A. Chuiko, V. A. Tertykh, V. V. Lobanov și alții]; Ed. A. A. Chuiko; Naţional acad. Științe ale Ucrainei. Institutul de Chimie a Suprafețelor. - Kiev: Naukova Dumka , 2003. - 414, [1] p. : bolnav, tab. - ISBN 966-00-0185-1 .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Gmoshinsky I.V., Shipelin V.A., Khotimchenko S.A. Nanomaterialele din produsele alimentare și ambalajele acestora: o analiză comparativă a riscurilor și beneficiilor Analiza riscurilor pentru sănătate. - 2018. - Emisiune. 4 . — S. 134–142 . — ISSN 2308-1155 .
Literatură
- I. E. Neimark // Silicagel, prepararea, proprietățile și aplicarea acestuia. 1973 - Kiev - 200 p.
- Saharov V.V. Dioxid de siliciu // Enciclopedia chimică : în 5 volume / Cap. ed. I. L. Knunyants . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 517-518. — 671 p. — 100.000 de exemplare. — ISBN 5-85270-035-5 .
- A. I. Vrublevsky // Fundamentele chimiei