Silica
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. juni 2020; checks kræver 13 redigeringer .| Silica | |
|---|---|
| Generel | |
| Systematisk navn |
siliciumoxid (IV). |
| Traditionelle navne | silica; silica |
| Chem. formel | SiO2 _ |
| Udseende | E551 - i form af sfæriske nanopartikler, 20-60 nm i størrelse |
| Fysiske egenskaber | |
| Molar masse | 60,0843 g/ mol |
| Massefylde | 1,96 til 2,6 g/cm³ |
| Specifik elektrisk modstand | 10¹¹ til 10¹³ ohm m |
| Termiske egenskaber | |
| Temperatur | |
| • smeltning | 1600°C |
| • kogning | 2950°C |
| Damptryk | 0 ± 1 mmHg |
| Klassifikation | |
| Reg. CAS nummer | 7631-86-9 |
| PubChem | 24261 |
| Reg. EINECS nummer | 231-545-4 |
| SMIL | O=[Si]=O |
| InChI | InChI=1S/O2Si/c1-3-2VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N |
| Codex Alimentarius | E551 |
| RTECS | VV7565000 |
| CHEBI | 30563 |
| ChemSpider | 22683 |
| Sikkerhed | |
| Begræns koncentrationen | 3 mg/m³ |
| LD 50 | 3500 mg/kg |
| Toksicitet | giftig i form af nanopartikler (E551, aerosil), dage dosis til mennesker - 1 mg/kg |
| ECB ikoner | |
| NFPA 704 |
0
0
0 |
| Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
Siliciumdioxid ( silica , SiO 2 ; lat. silica ) - siliciumoxid ( IV). Farveløse krystaller , praktisk talt uopløselige i vand, med høj hårdhed og styrke .
Siliciumdioxid er hovedbestanddelen af næsten alle terrestriske bjergarter , især diatoméjord . Silica og silikater udgør 87% af litosfærens masse . I humant blod og plasma er koncentrationen af silica 0,001 vægtprocent [1] .
Egenskaber
- Tilhører gruppen af sure oxider .
- Når det opvarmes, interagerer det med basiske oxider og alkalier.
- Molmasse: 60,084 g/mol
- Reagerer med flussyre .
- SiO 2 tilhører gruppen af glasdannende oxider, det vil sige, at det er tilbøjeligt til at danne et underafkølet smelteglas .
- Dielektrisk ( elektrisk strøm leder ikke, hvis den ikke har urenheder og ikke opvarmes).
Polymorfi
Siliciumdioxid har flere polymorfer .
Den mest almindelige af dem på jordens overflade - α - kvarts - krystalliserer i trigonal syngoni . Under normale forhold findes siliciumdioxid oftest i den polymorfe modifikation af α-kvarts, som ved temperaturer over +573 °C reversibelt omdannes til β-kvarts. Med en yderligere stigning i temperaturen ændres kvarts til tridymit og cristobalit . Disse polymorfer er stabile ved høje temperaturer og lave tryk.
Former findes også i naturen - opal , chalcedon , kvartsin , lutecit , autentisk kvarts , som tilhører silicagruppen. Opal (SiO 2 · n H 2 O) i tynd sektion er farveløs, isotropisk , har et negativt relief, er aflejret i marine reservoirer og er en del af mange kiselholdige bjergarter. Kalcedon, kvartsin, lutecit - SiO 2 - er kryptokrystallinske varianter af kvarts. De danner fibrøse aggregater, rosetter, sfærulitter, farveløse, blålige, gullige. De adskiller sig fra hinanden i nogle egenskaber - for kalcedon og kvartsin - direkte udryddelse, for lutecit - skrå, for kalcedon - negativ forlængelse.
Ved høj temperatur og tryk bliver siliciumdioxid først til coesit (som blev syntetiseret i 1953 af den amerikanske kemiker Loring Coes), og derefter til stishovite (som blev syntetiseret i 1961 af S. M. Stishov , og i 1962 blev opdaget i krateret Barringer ( Arizona-meteorittens krater) [2] [3] .Ifølge nogle undersøgelser[ hvad? ] , udgør stishovit en væsentlig del af kappen , så spørgsmålet om, hvilken type SiO 2 der er mest almindelig på Jorden, har endnu ikke et klart svar.
Det har også et amorft modifikations- kvartsglas .
Kemiske egenskaber
Siliciumdioxid SiO 2 er et surt oxid, der ikke reagerer med vand.
Kemisk resistent over for syrer, men reagerer med hydrogenfluoridgas :
og flussyre :
![{\mathsf {SiO_{2}+6HF\rightarrow H_{2}[SiF_{6}]+2H_{2}O))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/13b99cb061378a488154c85d2b6585eaba673596)
Disse to reaktioner er meget brugt til at smelte glas.
Når SiO 2 smeltes sammen med alkalier og basiske oxider, samt med carbonater af aktive metaller, dannes silikater - salte af meget svage, vanduopløselige kiselsyrer med den almene formel xH 2 O ySiO 2 , der ikke har en konstant sammensætning (ret ofte nævnes ikke-kiselsyrer i litteraturen, men kiselsyre, selvom vi faktisk taler om det samme stof).
For eksempel kan natriumorthosilicat fremstilles :
eller blandet calcium- og natriumsilicat:
Vinduesglas er lavet af Na 2 CaSi 6 O 14 silikat (Na 2 O CaO 6SiO 2 ) .
De fleste silikater har ikke en permanent sammensætning. Af alle silikater er kun natrium- og kaliumsilikater opløselige i vand. Opløsninger af disse silikater i vand kaldes flydende glas. På grund af hydrolyse er disse opløsninger karakteriseret ved et stærkt alkalisk miljø. Hydrolyserede silikater er karakteriseret ved dannelsen af ikke sande, men kolloide opløsninger. Ved forsuring af opløsninger af natrium- eller kaliumsilikater udfældes et gelatinøst hvidt bundfald af hydratiserede kiselsyrer.
Det vigtigste strukturelle element i både fast siliciumdioxid og alle silikater er [SiO 4/2 ]-gruppen, hvor siliciumatomet Si er omgivet af et tetraeder af fire oxygenatomer O. Hvert oxygenatom er forbundet med to siliciumatomer. Fragmenter af [SiO 4/2 ] kan forbindes på forskellige måder. Blandt silikaterne skelnes der i overensstemmelse med arten af bindingen af [SiO 4/2 ]-fragmenterne i dem, ø, kæde, bånd, lagdelt, skelet og andre.
Under særlige forhold interagerer med vand.
Oxiderende egenskaber er ikke karakteristiske og vises kun i reaktioner med stærke reduktionsmidler: kul, aluminium, magnesium, calcium.
Henter
Syntetisk siliciumdioxid opnås ved at opvarme silicium til en temperatur på +400 ... +500 ° C i en oxygenatmosfære , mens silicium oxideres til SiO 2 dioxid . Samt termisk oxidation ved høje temperaturer.
Under laboratorieforhold kan syntetisk silica fremstilles ved indvirkning af syrer, selv mild eddikesyre , på opløselige silikater. For eksempel:
kiselsyre nedbrydes straks til vand og SiO 2 , som udfældes .
Naturlig silica i form af sand anvendes, hvor høj renhed af materialet ikke er påkrævet.
Ansøgning
Amorf ikke-porøs siliciumdioxid bruges i fødevareindustrien som et hjælpestof E551 , der forhindrer sammenklumpning, i parafarmaceutiske produkter ( tandpastaer ), i den farmaceutiske industri som et hjælpestof (inkluderet i de fleste farmakopéer ), for at stabilisere suspensioner og linimenter , som en salve fortykningsmiddel baser, fyldstoffer til tabletter og stikpiller. Det er en del af sammensætningen af fyldmaterialer, reducerer hygroskopiciteten af tørre ekstrakter, sænker frigivelsen af biologisk aktive stoffer fra forskellige doseringsformer; som fødevaretilsætningsstoffer og sorbenter, samt matricer til at skabe doseringsformer med ønskede egenskaber - da der ikke er nogen krystalstruktur (amorphen) [4] , samt et fødevaretilsætningsstof eller lægemiddel som enterosorbent Polysorb MP med en bred vifte af anvendelser under hensyntagen til høj specifik sorptionsoverflade (i området 300-400 m²) pr. 1 g af basisstoffet.
Siliciumdioxid bruges til fremstilling af glas , keramik , slibemidler , betonprodukter , for at opnå silicium , som fyldstof ved fremstilling af gummi , til fremstilling af ildfaste silica , i kromatografi og andre. Kvartskrystaller
har piezoelektriske egenskaber og bruges derfor i radioteknik , ultralydsenheder , lightere og til fremstilling af orgonitter .
Bruges også til fremstilling af fiberoptiske kabler . Ren smeltet silica bruges med tilsætning af nogle specielle ingredienser.
Silica filament bruges også i varmeelementerne i elektroniske cigaretter, da det absorberer væske godt og ikke kollapser under opvarmningen af spolen.
Siliciumdioxid har også fundet den bredeste anvendelse i dækindustrien, produktion af gummivarer og plast, den kemiske industri, maskinteknik og i en række specifikke operationer:
- som bærer af katalysatorer og plantebeskyttelseskemikalier;
- som sorbenter og filterpulvere til regenerering af olieprodukter;
- som en flux af høj kvalitet i ikke-jernholdige metallurgiprocesser;
- som råmateriale til fremstilling af miljøvenligt glas, glasbeholdere og krystal;
- som fyldstof i papir og pap for at opnå hygiejnisk rene emballagematerialer til fødevareindustrien;
- filtreringspulvere til øl, olier, juicer, måttetilsætningsstoffer i fernis og maling;
- at opnå siliciumcarbid i maskinteknik - keramiske motorer, dele til flybygningskomplekset;
- til opnåelse af krystallinsk silicium i den elektroniske og elektriske industri, keramiske elektriske isolatorer, glasfibre, fiberoptik, supertynde fibre;
- til syntese af kunstige zeolitter i petrokemi - oliekrakning og så videre.
Store gennemsigtige kvartskrystaller bruges som halvædelsten ; farveløse krystaller kaldes bjergkrystal , violet- ametyster , gul- citrin .
I mikroelektronik er siliciumdioxid et af hovedmaterialerne. Det bruges som et isolerende lag (for eksempel et gate-dielektrikum i felteffekttransistorer ) samt en beskyttende belægning. Opnået i form af tynde film ved termisk oxidation af silicium, kemisk dampaflejring , magnetronforstøvning .
Porøs silica
Porøse silicaer opnås ved forskellige metoder.
Silochrom opnås ved at aggregere aerosil , som igen opnås ved at brænde silan ( Si H 4 ). Silochrom er kendetegnet ved høj renhed, lav mekanisk styrke. Den karakteristiske størrelse af det specifikke overfladeareal er 60–120 m2/g. Det bruges som sorbent i kromatografi , gummifyldstof, katalyse .
Silicagel opnås ved at tørre kiselsyregel. Sammenlignet med silokrom har den en lavere renhed, men kan have en ekstremt udviklet overflade: normalt fra 300 m²/g til 700 m²/g.
Silicium aerogel er cirka 99,8 % luft og kan have en densitet på op til 1,9 kg/m³ (kun 1,5 gange luftens densitet).
Toksicitet
I form af nanopartikler
Nanopartiklers evne til at trænge igennem biologiske barrierer og akkumulere i kroppen, deres høje kemiske og katalytiske aktivitet bestemmer tilstedeværelsen af toksiske egenskaber i mange nanopartikler, hvilket skal tages i betragtning ved vurdering af de mulige risici ved deres eksponering for mennesker. Mængden af deres produktion og manglende evne til at opløses i vand og biologiske medier bruges som de vigtigste risikokriterier for nanopartikler. [5]
Ifølge TR CU 021/20111 anses fødevarer, der indeholder nanopartikler eller er fremstillet ved hjælp af nanoteknologi og har egenskaber, som "produkter af en ny type", for hvilke overensstemmelsesvurdering i form af statslig registrering er obligatorisk. [5]
I 2018, i Rusland og toldunionen, har omkring 60 typer af nanoindustriprodukter bestået statsregistrering som en ny type fødevareprodukt. Det drejer sig hovedsageligt om biologisk aktive kosttilskud (BAA), der indeholder fødevarestoffer i nanoform, komplekse fødevaretilsætningsstoffer - emulgatorer og visse typer teknologiske hjælpemidler og sammensatte emballagematerialer, der anvender nanoler. En analyse af sortimentet af fødevarer på markedet, regulatoriske dokumenter, der fastlægger krav til dets sammensætning og sikkerhed, viser dog, at omfanget af anvendelsen af fødevaretilsætningsstoffer i form af nanopartikler og nanomaterialer i fødevareproduktionen kan være undervurderet, da partiklen størrelse er ikke reguleret og er ikke kontrolleret af hverken russisk eller international lovgivning, især amorf siliciumdioxid og titaniumdioxid. [5]
Siliciumdioxid i form af E551 bruges som antiklumpningsmiddel og bærer. TR CU 029/20122 fastlægger de tilladte niveauer af dets indhold i krydderier (ikke over 30 g/kg), produkter tæt indpakket i folie (30 g/kg), pulveriseret sukker (10 g/kg), salt og erstatninger hertil ( 10 g/kg) kg), oste og osteprodukter (10 g/kg), smagsstoffer (50 g/kg). Det er tilladt at bruge fødevarer, der indeholder E551, til fremstilling af fødevarer til børn. I tabletterede fødevarer, kosttilskud til fødevarer, sukkerholdig konfekture (undtagen chokolade), er indholdet af E551 ikke reguleret. Ud over ovennævnte fødevarer er indtagelsen af amorf SiO2 mulig med lægemidler og kosmetiske produkter (tandpastaer osv.). [5] I det samlede volumen af E551 er en betydelig del dens form, såsom stærkt dispergeret pyrogen SiO2 (Aerosil), som har et specifikt overfladeareal på 300–380 m2/g, i form af sfæriske nanopartikler med en størrelse på omkring 20-60 nm, som er dannet på ultrastrukturelt niveau, svagt bundet (agglomereret). [5]
JECFA-specifikationen for dette fødevaretilsætningsstof indeholder dog ikke information om størrelsen af dets partikler, som som udgangspunkt ikke er kontrolleret og ikke deklareret af produktproducenter, som følge af, at en betydelig mængde af fødevarer i omløb kan indeholder dette stof i form af et nanomateriale, og for nogle. Ifølge data kan menneskers fødevareeksponering for SiO2-nanopartikler i øjeblikket overstige 1,8 mg/kg kropsvægt pr. dag. I undersøgelser på laboratoriedyr var SiO2-nanopartikler biotilgængelige, når de kom ind i mave-tarmkanalen, og i et 3-måneders subakut forsøg med en dosis SiO2 i nanostørrelse af typen Aerosil på 100 mg/kg legemsvægt blev der observeret leukopeni hos dyr, andelen af T-hjælpere faldt, andelen af cytotoksiske lymfocytter steg, det immunregulerende indeks (CD4/CD8) faldt, der blev noteret en ubalance af pro- og antiinflammatoriske cytokiner, hvilket tilsammen betyder en negativ effekt på immunsystemet. En morfologisk undersøgelse viste, at målet for virkningen af SiO2-nanopartikler, der tilføres mad, er slimhinden i tyndtarmen, hvor der observeres massiv lymfomakrofag og eosinofil infiltration af villi. [5]
Under hensyntagen til indførelsen af to 10-dobbelte sikkerhedsfaktorer ved overførsel af data opnået i in vivo-modeller til mennesker, er den mulige tilladte daglige dosis af SiO2-nanopartikler fra fødevarer ikke mere end 1 mg/kg kropsvægt. [5]
- Tidligere mente man, at stoffet har lav toksicitet: MPC i arbejdsområdet er 3 mg/m³. LD50 hos rotter - 3500 mg / kg. (kilde?)
- Når siliciumdioxid kommer ind i kroppens væv, opstår granulomer og udvikler sig gradvist .
- Ved indånding af støv opstår der irritation af luftvejene, ligesom der opstår forskellige sygdomme i fordøjelseskanalen. Kronisk udsættelse for støv kan forårsage lungesilikose [1] .
Noter
- ↑ 1 2 Sakharov, 1990 .
- ↑ Kemikerhåndbog 21 - Stishovite . Hentet 23. september 2019. Arkiveret fra originalen 23. september 2019.
- ↑ Lisichkin G.V. Kemi af podede overfladeforbindelser . Hentet 23. september 2019. Arkiveret fra originalen 19. juni 2017.
- ↑ Medicinsk kemi og klinisk brug af siliciumdioxid: monografi. / [MEN. A. Chuiko, V. A. Tertykh, V. V. Lobanov og andre]; Ed. A. A. Chuiko; national acad. Videnskaber i Ukraine. Institut for Overfladekemi. - Kiev: Naukova Dumka , 2003. - 414, [1] s. : ill., tab. - ISBN 966-00-0185-1 .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Gmoshinsky I.V., Shipelin V.A., Khotimchenko S.A. Nanomaterialer i fødevarer og dets emballage: en sammenlignende analyse af risici og fordele . Sundhedsrisikoanalyse. - 2018. - Udgave. 4 . — S. 134–142 . — ISSN 2308-1155 .
Litteratur
- I. E. Neimark // Silicagel, dens fremstilling, egenskaber og anvendelse. 1973 - Kiev - 200 s.
- Sakharov V.V. Siliciumdioxid // Chemical Encyclopedia : i 5 bind / Kap. udg. I. L. Knunyants . - M .: Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 517-518. — 671 s. — 100.000 eksemplarer. — ISBN 5-85270-035-5 .
- A. I. Vrublevsky // Fundamentals of Chemistry