Siliciumdioxide

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Siliciumdioxide
Structuurformule en molecuulmodel
Zuiver siliciumdioxide-poeder
Zuiver siliciumdioxide-poeder
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
SiO2
IUPAC-naam siliciumdioxide
Andere namen silica, silicium(IV)oxide, kwarts
Molmassa 60,0843 g/mol
SMILES
O=[Si]=O
InChI
1S/O2Si/c1-3-2
CAS-nummer 14808-60-7
PubChem 24261
Beschrijving Witte kristallen
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Schadelijk voor de gezondheid
Waarschuwing
H-zinnen H373
EUH-zinnen geen
P-zinnen geen
Carcinogeen mogelijk
MAC-waarde 0,15 mg/m³
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vast
Kleur wit
Dichtheid 2,648 g/cm³
Smeltpunt 1710 °C
Kookpunt 2230 °C
Oplosbaarheid in water 0,079 g/L
Onoplosbaar in water
Brekingsindex 1,458 (589 nm, 20 °C)
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHos -911 kJ/mol
Sos 42 J/mol·K
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Siliciumdioxide of silica is het bekendste oxide van silicium en heeft als molecuulformule SiO2. De zuivere stof komt voor als een wit kristallijn poeder, dat vrijwel onoplosbaar is in water.

Samen met water vormt siliciumdioxide kiezelzuur (hoewel dat proces uiterst langzaam verloopt).

Voorkomen[bewerken]

In de natuur komt siliciumdioxide in diverse vormen voor, zowel in kristallijne als niet-kristallijne (amorfe) vorm. Siliciumdioxide is als onderdeel van silicaten zoals bijvoorbeeld in veldspaat, kleimineralen of in vrije vorm als kwarts - het hoofdbestaanddeel van de aardkorst - en is ook de meest voorkomende siliciumverbinding.

Niet-kristallijne (amorfe) vorm[bewerken]

Opaal is een voorbeeld van amorf silica, net als door hitte samengesmolten kwarts (kwartsglas). Siliciumdioxide komt vooral voor in zeer kleine deeltjes, als zand, dat voornamelijk uit kwarts bestaat. In amorfe vorm komt het ook in bepaalde planten in grote hoeveelheden voor. In de industrie wordt op grote schaal verschillende soorten amorf silica gemaakt en toegepast.

De niet-kristallijne (amorfe) vorm SiO2 komt in de natuur als onmisbaar bestanddeel voor bij:

Kristallijne vorm[bewerken]

De volgende kristallijne vormen worden onderscheiden:.

Kiezelzuuranhydride[bewerken]

In de natuur komen ook ondersteuningsstructuren van kiezelzuuranhydride voor bij zowel planten als dieren. Voorbeelden bij dieren zijn de skeletten van stralendiertjes, diatomeeën en glassponzen. Voorbeelden bij planten zijn de paardenstaarten.

Synthese[bewerken]

Amorf (niet gehydrateerd) siliciumdioxide wordt industrieel bereid door verdampen van siliciumdioxide bij zeer hoge temperaturen of door oxidatie van silicium of siliciumverbindingen:

\mathrm{Si\ +\ O_2\ \longrightarrow\ SiO_2}

Het resultaat is een zeer volumineus en fijn verdeeld poeder. Gehydrateerd amorf siliciumdioxide wordt gemaakt in water, uit oververzadigde oplossingen van kiezelzuur. Afhankelijk van de condities ontstaat colloïdaal silica, als sol of gel, waaruit dan weer na droging geprecipiteerd siliciumdioxide gemaakt kan worden.

De oxidatie van silaan bij 450°C levert zuiver siliciumdioxide:

\mathrm{SiH_4\ +\ O_2\ \longrightarrow\ SiO_2\ +\ 2\ H_2}

Een alternatief is de thermolyse van tetraethylorthosilicaat bij 680–730°C:

\mathrm{Si(OC_2H_5)_4\ +\ O_2\ \longrightarrow\ SiO_2\ +\ 2\ H_2O\ +\ 4\ C_2H_4}

Toepassingen[bewerken]

De belangrijkste toepassing van siliciumdioxide ligt bij het produceren van glas. Glas ontstaat door een mengsel van zand en natriumcarbonaat te verhitten. Soms worden ook andere oxiden (zoals ijzer(II)oxide, aluminiumoxide, lood(II)oxide of zinkoxide) toegevoegd om bepaalde eigenschappen aan het glas te geven. Omdat siliciumdioxide in een "allotrope = polymorfe = meervormige" toestand voorkomt, kan het ook geschikt gemaakt worden voor zonnepanelen.

Siliciumdioxide is een belangrijk ingrediënt van Portlandcement. De hittebestendige keramische tegels op de onderkant van de spaceshuttles bestaan ook hoofdzakelijk uit dit materiaal.

Silicagel is geen zuiver siliciumdioxide, maar wordt gemaakt door aanzuring van siliciumdioxide en natriumcarbonaat. Het heeft tal van toepassingen: het wordt veelvuldig gebruikt als droogmiddel (in poreuze zakjes bijgevoegd bij elektronische apparatuur, geneesmiddelen of droge voeding), als bindmiddel in tabletten, als schuurmiddel in tandpasta (net zoals titanium(IV)oxide) en als dragermateriaal voor katalysatoren. Het wordt eveneens aangewend in de chromatografie.

Chromatografie[bewerken]

Bij chromatografie worden speciale vormen van siliciumdioxide gebruikt. In veruit het grootste deel van de HPLC wordt silicagel gebruikt als stationaire fase, al dan niet gemodificeerd. Een typische chromatografische kolom bevat een dichte pakking van kleine zeer poreuze silicadeeltjes (met een diameter tussen 2 en 5 µm). Deze deeltjes hebben dus een zeer groot oppervlak waardoor de interactie tussen kolom en te scheiden mengsel groot is en waardoor een scheiding beter verloopt. Bovendien leiden kleinere deeltjes tot minder eddy-diffusie en dus minder piekverbreding.

Ongemodificeerd siliciumdioxide is een zeer polair materiaal. Specifieke karakteristieken van een silicagel hangen af van verscheidene parameters:

  • Interne structuur (gewoonlijk bevatten silicagelen die in HPLC gebruikt worden 5 silanolgroepen per nm2).
  • Grootte van de deeltjes
  • Porositeit en specifiek oppervlak
  • Chemische modificatie van het oppervlak (zoals de aanwezigheid van apolaire alkylgroepen)

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Inademing van kristallijn siliciumdioxide-poeder kan leiden tot stoflongen. Naar oordeel van IARC (International Agency for Research on Cancer) is kristallijn siliciumdioxide kankerverwekkend, hoewel er nog verschil van mening bestaat over de vraag of daarvoor wel of niet eerst longfibrose (stoflong) nodig is. Voor zover bekend veroorzaken de amorfe vormen van siliciumdioxide deze gezondheidseffecten niet. Niettemin moet inademing van amorf siliciumdioxide stof evengoed vermeden worden vanwege de acute irritatie en ontsteking van de luchtwegen die het kan veroorzaken.

Literatuur[bewerken]

Externe links[bewerken]