Das chemische zusammengesetzte Silikondioxyd, auch bekannt als die Kieselerde (vom lateinischen silex), sind ein Oxyd von Silikon mit der chemischen Formel. Es ist für seine Härte seit der Altertümlichkeit bekannt gewesen. Kieselerde wird meistens in der Natur als Sand oder Quarz, sowie in den Zellwänden von Kieselalgen gefunden.

Kieselerde wird in mehreren Formen einschließlich verschmolzenen Quarzes verfertigt, kristallen, hat Kieselerde (oder pyrogenic Kieselerde, Markenaerosil oder Cab-O-Sil), gallertartige Kieselerde, Kieselgel und aerogel geraucht.

Kieselerde wird in erster Linie in der Produktion des Glases für Fenster verwendet, Brille, Getränk-Flaschen und vielen anderen Gebrauch trinkend. Die Mehrheit von Glasfaserleitern für das Fernmeldewesen wird auch von der Kieselerde gemacht. Es ist ein primärer Rohstoff für viele whiteware Keramik solcher als Steingut-, Steingut, Porzellan, sowie Industriezement von Portland.

Kieselerde ist ein allgemeiner Zusatz in der Produktion von Nahrungsmitteln, wo es in erster Linie als ein Fluss-Agent in bestäubten Nahrungsmitteln verwendet wird, oder Wasser in hygroskopischen Anwendungen zu absorbieren. Es ist der primäre Bestandteil der diatomaceous Erde, die vielen Nutzen im Intervall vom Filtrieren zur Kerbtier-Kontrolle hat. Es ist auch der primäre Bestandteil der Reishüllblatt-Asche, die, zum Beispiel, im Filtrieren und der Zementherstellung verwendet wird.

Dünne Filme der Kieselerde, die auf Silikonoblaten über Thermaloxydationsmethoden angebaut ist, können in der Mikroelektronik ziemlich vorteilhaft sein, wo sie als elektrische Isolatoren mit der hohen chemischen Stabilität handeln. In elektrischen Anwendungen kann es das Silikon, Lager-Anklage schützen, Strom blockieren, und sogar als ein kontrollierter Pfad handeln, um aktuellen Fluss zu beschränken.

Ein Kieselerde-basierter aerogel wurde im Raumfahrzeug von Stardust verwendet, um außerirdische Partikeln zu sammeln. Kieselerde wird auch in der Förderung der DNA und RNS wegen seiner Fähigkeit verwendet, zu den Nukleinsäuren unter der Anwesenheit von chaotropes zu binden. Als hydrophobe Kieselerde wird es als ein defoamer Bestandteil verwendet. In der wasserhaltigen Form wird es in der Zahnpasta als ein hartes Poliermittel verwendet, um Zahn-Fleck zu entfernen.

In seiner Kapazität als ein widerspenstiger ist es in der Faser-Form als ein Hoch-Temperaturthermalschutzstoff nützlich. In der Kosmetik ist es für seine Licht ausgießenden Eigenschaften und natürliches Absorptionsvermögen nützlich. Gallertartige Kieselerde wird als ein Wein- und Saft-Bestrafungsagent verwendet. In pharmazeutischen Produkten hilft Kieselerde Puder-Fluss, wenn Blöcke gebildet werden. Es wird auch als eine Thermalerhöhungszusammensetzung in der Boden-Quellwärmepumpe-Industrie verwendet.

Kristallstruktur

In der Mehrheit des Silikats zeigt das Atom von Si vierflächige Koordination mit 4 Sauerstoff-Atomen, die ein Hauptatom von Si umgeben. Das allgemeinste Beispiel wird im Quarz kristallene Form der Kieselerde SiO gesehen. In jeder der am meisten thermodynamisch stabilen kristallenen Formen der Kieselerde, durchschnittlich, werden alle 4 der Scheitelpunkte (oder Sauerstoff-Atome) SiO tetrahedra mit anderen geteilt, die chemische Nettoformel nachgebend: SiO.

Zum Beispiel, in der Einheitszelle von α-quartz, teilt das Haupttetraeder alle 4 seiner Ecke O Atome, die 2 flächenzentrierten tetrahedra teilen 2 ihrer Ecke O Atome, und die 4 Rand - terahedra teilen gerade eines ihrer O Atome mit anderem SiO tetrahedra. Das schließt einen Nettodurchschnitt 12 aus 24 Gesamtscheitelpunkten für diesen Teil von den 7 SiO tetrahedra aus, die, wie man betrachtet, ein Teil der Einheitszelle für die Kieselerde sind (sieh 3. Einheitszelle).

SiO hat mehrere verschiedene kristallene Formen (polymorphs) zusätzlich zu amorphen Formen. Mit Ausnahme von stishovite und faseriger Kieselerde schließen alle kristallenen Formen vierflächige Einheiten von SiO verbunden zusammen durch geteilte Scheitelpunkte in verschiedenen Maßnahmen ein. Silikonsauerstoff-Band-Längen ändern sich zwischen den verschiedenen Kristallformen zum Beispiel in α-quartz die Band-Länge ist 161 Premierminister, wohingegen in α-tridymite es in der Reihe 154-171 Premierminister ist. Der Winkel von Si-O-Si ändert sich auch zwischen einem niedrigen Wert von 140 ° in α-tridymite, bis zu 180 ° in β-tridymite. In α-quartz ist der Winkel von Si-O-Si 144 °.

Faserige Kieselerde hat eine Struktur, die diesem von SiS mit Ketten von Rand teilendem SiO tetrahedra ähnlich ist. Stishovite, die höhere Druck-Form, hat im Gegensatz einen rutile wie Struktur, wo Silikon 6 Koordinate ist. Die Dichte von stishovite ist 4.287 g/cm, der sich mit α-quartz, der dichtesten von den Tiefdruck-Formen vergleicht, die eine Dichte von 2.648 g/cm hat. Der Unterschied in der Dichte kann der Zunahme in der Koordination zugeschrieben werden, weil die sechs kürzesten Band-Längen des Si-O in stishovite (vier Band-Längen des Si-O von 176 Premierminister und zwei andere von 181 Premierminister) größer sind als die Band-Länge des Si-O (161 Premierminister) in α-quartz.

Die Änderung in der Koordination vergrößert den ionicity des Bandes des Si-O. Aber wichtiger ist die Beobachtung, dass irgendwelche Abweichungen von diesen Standardrahmen Mikrostrukturunterschiede oder Schwankungen einsetzen, die eine Annäherung an einen amorphen, gläsernen oder glasigen Festkörper vertreten.

Bemerken Sie, dass die einzige stabile Form unter üblichen Zuständen α-quartz ist und das die Form ist, in der auf kristallenes Silikondioxyd gewöhnlich gestoßen wird. In Natur-Unreinheiten in kristallenem α-quartz kann Farben verursachen (sieh Liste).

Bemerken Sie auch, dass sowohl hohe Temperaturminerale, cristobalite als auch tridymite, sowohl eine niedrigere Dichte als auch Index der Brechung haben als Quarz. Da die Zusammensetzung identisch ist, muss der Grund für die Diskrepanzen im vergrößerten Abstand in den hohen Temperaturmineralen sein. Wie mit vielen Substanzen, höher die Temperatur weiter einzeln die Atome wegen der vergrößerten Vibrieren-Energie üblich ist.

Die Minerale des Hochdrucks, seifertite, stishovite, und coesite haben andererseits eine höhere Dichte und Index der Brechung wenn im Vergleich zu Quarz. Das ist wahrscheinlich wegen der intensiven Kompression der Atome, die während ihrer Bildung vorkommen müssen, auf eine mehr kondensierte Struktur hinauslaufend.

Kieselerde von Faujasite ist eine andere Form der kristallenen Kieselerde. Es wird durch dealumination eines niedrigen Natriums, ultrastabiler Y zeolite mit einer vereinigten sauren und thermischen Behandlung erhalten. Das resultierende Produkt enthält mehr als 99 % Kieselerde, hat hohen crystallinity und hohe Fläche (mehr als 800 m/g). Faujasite-Kieselerde hat sehr hohe thermische und saure Stabilität. Zum Beispiel erhält es einen hohen Grad der molekularen Langstreckenordnung (oder crystallinity) sogar nach dem Kochen in konzentrierter Salzsäure aufrecht.

Geschmolzene Kieselerde stellt mehrere eigenartige physische Eigenschaften aus, die denjenigen ähnlich sind, die in flüssigem Wasser beobachtet sind: negative Temperaturvergrößerung, Dichte-Maximum (bei Temperaturen ~5000 °C), und ein Hitzehöchstminimum. Seine Dichte nimmt von 2.08 g/cm an 1950 °C zu 2.03 g/cm an 2200 °C ab. Wenn molekulares Silikonmonoxyd, SiO, in einer Argon-Matrix kondensiert wird, die mit Helium zusammen mit durch die Mikrowellenentladung erzeugten Sauerstoff-Atomen abgekühlt ist, wird molekularer SiO erzeugt, der eine geradlinige Struktur hat. Silikondioxyd von Dimeric, (SiO) ist durch das Reagieren O mit dem isolierten dimeric Silikonmonoxyd der Matrix, (SiO) bereit gewesen. Im dimeric Silikondioxyd gibt es zwei Sauerstoff-Atom-Überbrücken zwischen den Silikonatomen mit einem Winkel von Si-O-Si von 94 ° und Band-Länge von 164.6 Premierminister, und die Endband-Länge des Si-O ist 150.2 Premierminister. Die Band-Länge des Si-O ist 148.3 Premierminister, der sich mit der Länge von 161 Premierminister in α-quartz vergleicht. Die Band-Energie wird auf 621.7 kJ/mol geschätzt.

Quarzglas

Wenn Silikondioxyd SiO wird schnell genug abgekühlt, er nicht kristallisiert, aber als ein Glas fest wird. Die Glasübergangstemperatur von reinem SiO ist ungefähr 1600 K (1330 °C oder 2420 °F). Wie die meisten kristallenen polymorphs ist der lokale Atombau im reinen Kieselglas regelmäßiger tetrahedra von Sauerstoff-Atomen um Silikonatome. Der Unterschied zwischen dem Glas und den Kristallen entsteht in der Konnektivität dieser vierflächigen Einheiten. Glas von SiO besteht aus einem sich nichtwiederholenden Netz von tetrahedra, wo alle Sauerstoff-Ecken zwei benachbarte tetrahedra verbinden. Obwohl es keine lange Reihe-Periodizität im glasigen Netz gibt, dort bleibt bedeutende Einrichtung klettert ausführlich gut außer der Band-Länge von SiO. Wie man findet, bildet ein Beispiel dieser Einrichtung in der Vorliebe des Netzes Ringe von 6-tetrahedra.

Chemie

Silikondioxyd wird gebildet, wenn Silikon zu Sauerstoff (oder Luft) ausgestellt wird. Eine sehr seichte Schicht (etwa 1 nm oder 10 Å) so genannten heimischen Oxyds wird auf der Oberfläche gebildet, wenn Silikon ausgestellt wird, um unter umgebenden Bedingungen zu lüften. Höhere Temperaturen und alternative Umgebungen werden verwendet, um gut kontrollierte Schichten des Silikondioxyds auf Silikon, zum Beispiel bei Temperaturen zwischen 600 und 1200 °C, mit der so genannten trockenen oder nassen Oxydation mit O oder HO beziehungsweise anzubauen. Die Tiefe der Schicht von durch das Dioxyd ersetztem Silikon ist 44 % der Tiefe der erzeugten Silikondioxyd-Schicht.

Alternative Methoden haben gepflegt sich abzulagern eine Schicht von SiO schließen ein

• Niedrige Temperaturoxydation (400-450 °C) silane

:: SiH + 2 O  SiO + 2 HO.

• Zergliederung von tetraethyl orthosilicate (TEOS) an 680-730 °C

:: Si (OCH)  SiO + 2 HO + 4 CH.

• Plasma hat chemische Dampf-Absetzung mit TEOS an ungefähr 400 °C erhöht

:: Si (OCH) + 12 O  SiO + 10 HO + 8.

• Polymerization von tetraethyl orthosilicate (TEOS) an unter 100 °C das Verwenden von Aminosäure als Katalysator.

Kieselerde von Pyrogenic (manchmal genannt hat Kieselerde oder Kieselerde-Ausströmungen geraucht), der eine sehr feine Particulate-Form des Silikondioxyds ist, ist durch das Brennen von SiCl in einem Sauerstoff reiche Kohlenwasserstoff-Flamme bereit, um einen "Rauch" von SiO zu erzeugen:

:SiCl + 2 H + O  SiO + 4 HCl.

Amorphe Kieselerde, Kieselgel, wird durch die Ansäuerung von Lösungen des Natriumsilikats erzeugt, einen gallertartigen jäh hinabstürzenden zu erzeugen, der dann gewaschen und dann dehydriert wird, um farblose mikroporöse Kieselerde zu erzeugen.

Quarz stellt eine maximale Löslichkeit in Wasser bei Temperaturen ungefähr 340 °C aus. Dieses Eigentum wird verwendet, um Monokristalle von Quarz in einem Hydrothermalprozess anzubauen, wo natürlicher Quarz in überhitztem Wasser in einem Druck-Behälter aufgelöst wird, der oben kühler ist. Kristalle von 0.5-1 Kg können über eine Zeitdauer von 1-2 Monaten angebaut werden. Diese Kristalle sind eine Quelle von sehr reinem Quarz für den Gebrauch in elektronischen Anwendungen.

Fluor reagiert mit dem Silikondioxyd, um SiF und O zu bilden, wohingegen das andere Halogen-Benzin (Kl., Br, I) viel weniger sogleich reagiert.

Silikondioxyd wird durch hydrofluoric Säure (HF) angegriffen, um hexafluorosilicic Säure zu erzeugen:

:SiO + 6 HF  HSiF + 2 HO.

HF wird verwendet, um Silikondioxyd in der Halbleiter-Industrie zu entfernen oder zu gestalten.

Silikondioxyd löst sich in heißem konzentriertem Alkali oder verschmolzenem Hydroxyd auf:

:SiO + 2 NaOH  NaSiO + HO.

Silikondioxyd reagiert mit grundlegenden Metalloxyden (z.B Natriumsoxyd, Kalium-Oxyd, führt (II) Oxyd, Zinkoxyd oder Mischungen von Oxyden, die Silikat und Brille bilden, weil die Obligationen von Si-O-Si in der Kieselerde nacheinander gebrochen werden). Als ein Beispiel kann die Reaktion von Natriumsoxyd und SiO Natrium orthosilicate, Natriumsilikat, und Brille, Abhängigen auf den Verhältnissen von Reaktionspartnern erzeugen:

:2 NaO + SiO  NaSiO;

:NaO + SiO  NaSiO;

: (0.25-0.8) NaO + SiO  Glas.

Beispiele solcher Brille haben kommerzielle Bedeutung z.B Soda-Limone-Glas, Borosilikat-Glas-, Leitungsglas. In dieser Brille wird Kieselerde das Netz ehemalig oder ehemaliges Gitter genannt.

Mit Silikon bei hohen Temperaturen wird gasartiger SiO erzeugt:

:SiO + Si  2 SiO (Benzin).

Gebrauch

Silikondioxyd wird verwendet, um elementares Silikon zu erzeugen. Der Prozess ist mit der hohen Temperaturverminderung mit elementarem Kohlenstoff in einem elektrischen Kreisbogen-Brennofen verbunden:

:: SiO (s) + 2C (s)  Si + 2CO (g)

Biomaterials

Silicification in und durch Zellen ist in der biologischen Welt seit gut mehr als einer Milliarde Jahren üblich gewesen. In der modernen Welt kommt es in Bakterien, einzeln-zelligen Organismen, Werken und Tieren (wirbellose Tiere und Wirbeltiere) vor.

Prominente Beispiele schließen ein:

• Tests oder frustules von Diatoms und Radiolaria.
• Kieselerde Phytoliths in den Zellen von vielen Werken, einschließlich Equisetaceae, praktisch alle Gräser und eine breite Reihe von dicotyledons.
• Die spicules, die das Skelett von vielen Schwämmen bilden.

Kristallene Minerale, die in der physiologischen Umgebung häufig gebildet sind, zeigen außergewöhnliche physikalische Eigenschaften (z.B Kraft, Härte, Bruch-Schwierigkeit) und neigen dazu, hierarchische Strukturen zu bilden, die Mikrostrukturordnung mehr als eine Reihe von Skalen ausstellen. Die Minerale werden von einer Umgebung kristallisiert, die undersaturated in Bezug auf Silikon, und unter Bedingungen des neutralen pH und der niedrigen Temperatur (0-40 °C) ist.

Die Bildung des Minerals kann irgendein innerhalb der Zellwand eines Organismus (solcher als mit phytoliths), oder außerhalb der Zellwand vorkommen, wie es normalerweise mit Tests geschieht. Spezifische biochemische Reaktionen bestehen für die Mineralabsetzung. Solche Reaktionen schließen diejenigen ein, die lipids, Proteine und Kohlenhydrate einschließen.

Es ist unklar, in welchen Wegen Kieselerde in der Nahrung von metazoa wichtig ist. Sich das ist ein schwieriges Forschungsgebiet, weil Kieselerde in der Umgebung allgegenwärtig ist und in den meisten Verhältnissen in Spur-Mengen nur auflöst. Gleich viel kommt es sicher im lebenden Körper vor, uns mit dem Problem verlassend, dass es hart ist, richtige Steuerungen ohne Kieselerden zum Zwecke der Forschung zu schaffen. Das macht es schwierig, sicher zu sein, als die Kieselerde-Gegenwart wirkende vorteilhafte Effekten gehabt hat, und wenn seine Anwesenheit zusammenfallend, oder sogar schädlich ist. Die aktuelle Einigkeit besteht darin, dass es sicher wichtig im Wachstum, der Kraft und dem Management von vielen Bindegeweben scheint. Das ist nicht nur für harte Bindegewebe wie Knochen und Zahn wahr.

Gesundheitseffekten

Das Inhalieren hat fein kristallenen Kieselerde-Staub in sehr kleinen Mengen geteilt (OSHA erlaubt 0.1 Mg/M) mit der Zeit kann zu Silikose, Bronchitis oder Krebs führen, weil der Staub untergebracht in den Lungen wird und sie unaufhörlich ärgert, Lungenkapazitäten reduzierend. (Im Körper lösen kristallene Kieselerde-Partikeln klinisch relevante Zeitspannen nicht auf.) Kann diese Wirkung eine berufliche Gefahr für Leute schaffen, die mit dem Sandstrahlen der Ausrüstung, Produkte arbeiten, die bestäubte kristallene Kieselerde und so weiter enthalten. Kinder, Asthmatiker jedes Alters, Allergie-Leidende und der Ältliche (von denen alle Lungenkapazität reduziert haben) können in viel weniger Zeit betroffen werden. Amorphe Kieselerde, solche, die Kieselerde geraucht hat, wird mit der Entwicklung der Silikose nicht vereinigt, aber kann irreversiblen Lungenschaden in einigen Fällen verursachen. Gesetze, die Kieselerde-Aussetzung in Bezug auf die Silikose-Gefahr einschränken, geben an, dass sie nur mit der Kieselerde betroffen werden, die sowohl kristallen ist als auch Staub bildet.

Pflanzenmaterialien mit der hohen Kieselerde phytolith Inhalt, scheinen Sie, zu streifenden Tieren, davon wichtig zu sein, Kerbtiere zu Huftieren zu kauen. Studien haben gezeigt, dass es Zahn-Tragen beschleunigt, und sich hohe Niveaus der Kieselerde in von Pflanzenfressern oft gegessenen Werken als ein Abwehrmechanismus gegen den Raub entwickelt haben können.

Eine Studie, die Themen seit 15 Jahren gefolgt ist, hat gefunden, dass höhere Niveaus der Kieselerde in Wasser geschienen sind, die Gefahr der Dementia zu vermindern. Die Studie hat gefunden, dass mit einer Zunahme von 10 Milligrammen pro Tag der Aufnahme der Kieselerde in Trinkwasser die Gefahr der Dementia um 11 % gefallen ist.

Siehe auch

• Verschmolzene Kieselerde
• Kieselerde von Mesoporous
• Thermaloxydation
• Silikonkarbid

Links

• Tridymite,
• Quarz,
• Cristobalite,
• amorph, NIOSH Taschenhandbuch zu Chemischen Gefahren
• kristallen, als respirable Staub, NIOSH Taschenhandbuch zu Chemischen Gefahren
• Bildung von Silikonoxydschichten in der Halbleiter-Industrie. LPCVD und PECVD Methode im Vergleich. Betonungsverhinderung.
• Quarz SiO piezoelektrische Eigenschaften
• Kieselerde (SiO) und Wasser
• Epidemiologische Beweise auf dem carcinogenicity der Kieselerde: Faktoren im wissenschaftlichen Urteil durch C Soutar und andere. Institut für den Beruflichen Medizin-Forschungsbericht TM/97/09
• Wissenschaftliche Meinung auf den Gesundheitseffekten der Bordkieselerde durch Einen Pilkington und andere. Institut für den Beruflichen Medizin-Forschungsbericht TM/95/08
• Die toxischen Effekten der Kieselerde durch Einen Seaton und andere. Institut für den Beruflichen Medizin-Forschungsbericht TM/87/13