Oxid křemičitý

chemická sloučenina

Oxid křemičitý (také označovaný jako silika, vzorec SiO2) tvoří nejméně 22 fází a dvanáct polymorfních forem. Díky této rozmanitosti a velkému praktickému významu patří tento oxid mezi nejstudovanější látky.

Oxid křemičitý
Obecné
Systematický názevOxid křemičitý
Triviální názevkřemen, křemenný písek, silika
Latinský názevOxidum silicii
Anglický názevSilicon dioxide
Německý názevSiliciumdioxid
Sumární vzorecSiO2
Vzhledbílá práškovitá nebo krystalická látka
Identifikace
Registrační číslo CAS7631-86-9
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)231-545-4
PubChem24261
SMILESO=[Si]=O
InChIInChI=1S/O2Si/c1-3-2
Číslo RTECSVV7565000
Vlastnosti
Molární hmotnost60,085 g/mol
Teplota změny krystalové modifikace10,5 °C (křemen, α → β)
Teplota skelného přechodu1 150 °C (přibližně, amorfní)
Hustota2,33 g/cm3 (kristobalit)
2,651 g/cm3 (křemen, 0 °C)
2,648 g/cm3 (křemen, 20 °C)
2,264 g/cm3 (tridymit)
2,2 g/cm3 (amorfní, 20 °C)
Index lomukristobalit
n= 1,487
nDm= 1,484
křemen (20 °C)
n= 1,544 220 2
nDm= 1,553 32
tridymit
nDa= 1,475
nDb= 1,476
nDc= 1,478
amorfní (20 °C)
nD= 1,458 86
Tvrdost6,5 (kristobalit)
7 (křemen)
7 (tridymit)
Rozpustnost ve vodě0,016 g/100 ml (křemen)
Relativní permitivita εr3,75 (amorfní, 20 °C)
Součinitel tepelné vodivostikřemen
5,88 W/(m*K) (38 °C, hrana a)
11,06 W/(m*K) (38 °C, hrana c)
5,19 W/(m*K) (93 °C, hrana a)
9,34 W/(m*K) (93 °C, hrana c)
4,50 W/(m*K) (149 °C, hrana a)
8,99 W/(m*K) (149 °C, hrana c)
amorfní
0,84 W/(m*K) (−150 °C)
1,05 W/(m*K) (−100 °C)
1,21 W/(m*K) (−50 °C)
1,32 W/(m*K) (0 °C)
1,34 W/(m*K) (18 °C)
1,41 W/(m*K) (50 °C)
1,48 W/(m*K) (100 °C)
Součinitel délkové roztažnosti5,5×10−7 K−1 (amorfní)
Měrný elektrický odpor1015–1018 Ώm (amorfní)
Struktura
Krystalová strukturačtverečná (α-kristobalit)
krychlová (β-kristobalit)
šesterečná (α-křemen)
šesterečná (β-křemen)
jednoklonná (α-tridymit)
kosočtverečná (α'-tridymit)
šesterečná (β-tridymit)
amorfní
Hrana krystalové mřížkyα-kristobalit (při 30 °C)
a= 491,36 pm; c= 692,62 pm
β-kristobalit (při 405 °C)
a= 713,82 pm
α-křemen (při 25 °C)
a= 491,36 pm; c= 540,51 pm
β-křemen (při 575 °C)
a= 499,9 pm; c= 545,92 pm
α-tridymit (při 20 °C)
a= 1 854 pm; b= 501 pm; c= 2 579 pm; β= 117° 40´
α'-tridymit (při 220 °C)
a= 874 pm; b= 504 pm; c= 824 pm
β-tridymit (při 405 °C)
a= 504,63 pm; c= 825,63 pm
Tvar molekulytetraedr
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°−909,91 kJ/mol (kristobalit)
−911,38 kJ/mol (křemen)
−909,49 kJ/mol (tridymit)
−903,92 kJ/mol (amorfní)
Entalpie tání ΔHt128 J/g (kristobalit)
142 J/g (křemen)
Standardní molární entropie S°42,7 JK−1mol−1 (kristobalit)
41,85 JK−1mol−1 (křemen)
43,5 JK−1mol−1 (tridymit)
46,9 JK−1mol−1 (amorfní)
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf°−855,87 kJ/mol (kristobalit)
−857,08 kJ/mol (křemen)
−855,70 kJ/mol (tridymit)
−851,14 kJ/mol (amorfní)
Izobarické měrné teplo cp0,735 7 JK−1g−1 (kristobalit)
0,739 9 JK−1g−1 (křemen)
0,742 7 JK−1g−1 (tridymit)
0,738 JK−1g−1 (amorfní)
Bezpečnost
R-větyžádné nejsou
S-větyS22
NFPA 704
0
0
0
Teplota vznícenínehořlavý
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Některá data mohou pocházet z datové položky.

Výskyt

editovat

V přírodě jej nacházíme nejčastěji ve formě α-křemene, který je součástí např. žuly a pískovce. Modifikace oxidu křemičitého se převážně skládají z tetraedrů SiO4, které jsou propojeny přes vrchol. V termodynamicky nejstabilnější formě (za laboratorní teploty) – α-křemenu – tvoří tyto tetraedry vzájemně spojené šroubovice.

 
přechody mezi nejběžnějšími krystalickými modifikacemi SiO2

Chemické vlastnosti

editovat

Oxid křemičitý je velmi odolný vůči kyselinám s výjimkou kyseliny fluorovodíkové, se kterou reaguje takto: SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H2O Horké koncentrované alkalické hydroxidy jej pomalu rozpouštějí za vzniku alkalických křemičitanů, v taveninách je tento proces podstatně rychlejší. Za zvýšené teploty (nad 1 000 °C) reaguje i s vodíkem a uhlíkem. S fluorem reaguje za vzniku fluoridu křemičitého a kyslíku.

Reakce s oxidy kovů a polokovů jsou velmi významné ve sklářském a keramickém průmyslu.

Využití

editovat
 
křišťál – krystalický oxid křemičitý
 
minerál ametyst

V průmyslu se používá převážně α-křemen, křemenné sklo, silikagel, kouřový křemen a diatomit.

Piezoelektrických vlastností křemene se využívá v krystalových oscilátorech a filtrech v převodnících a snímačích. Protože se v přírodě nenachází dostatečně čistý křemen, musí se připravovat hydrotermálními metodami.

Oxid křemičitý také dále najdeme v čisté podobě v jádru optických kabelů.

Křemenné sklo je výjimečně odolné vůči teplotním šokům a má velmi malou hodnotu koeficientu tepelné roztažnosti, ovšem na rozdíl od běžného skla má vysokou teplotu měknutí, což ztěžuje jeho zpracování. Používá se jako kvalitní laboratorní sklo (např. pro kyvety pro UV a VIS spektrofotometrii).

Silikagel se díky vysokému povrchu používá jako sušidlo, sorbent, nosič katalyzátorů atd.

V potravinářství se používá pod označením E 551.

Literatura

editovat
  • VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5. 

Externí odkazy

editovat
  NODES
Idea 1
idea 1