Кремнезем что это такое

Диоксид кремния: влияние на организм, польза и вред, для чего используется, формула

Диоксид кремния – это двуокись кремния, представленная однородным порошком из крупных прозрачных или белых кристаллов. Вещество не имеет абсолютно никакого запаха. Отдельные частички достаточно твердые и прочные. В природе соединение образуется в процессе реакции окисления кремния. Вещество устойчиво к контакту с кислотами и не вступает в реакцию с водой, но при повышенных температурах может реагировать со щелочами. Растворяется диоксид кремния только в одной единственной кислоте – плавиковой. Специалисты выделяют его прекрасную способность к нейтрализации электрического тока.

В природе диоксид кремния можно встретить во многих минералах. Например, в яшме, агате, горном хрустале, кварце, халцедоне, аметисте, морионе и топазе. В природе существуют такие модификации кремния как тридмит, кварц и кристобалит. При воздействии на вещество повышенными температурами оно преобразуется в коэсит, а после – в стишовит.

Что такое диоксид кремния?

Диоксид кремния – это добавка, применяемая в пищевой продукции, известная под индексом E551. Вещество называют еще двуокисью кремния, кремнеземом. Визуально оно представляет собой – гомогенную смесь прозрачных или белых твердых частичек. В естественном виде рассматриваемое вещество можно обнаружить во многих минералах. В малом объеме соединение присутствует в крови человека.

При употреблении рассматриваемого вещества в пищу, оно не накапливается и регулярно выводится. E551 считается абсолютно безопасной добавкой, разрешенной к применению не только в пищевой промышленности, но и в производстве медикаментов. Но диоксид кремния может нанести вред организму при попадании в дыхательные пути порошка, поэтому работать с ним необходимо в защитной одежде.

В целях получения вещества в лабораторных условиях производят нагрев кремния до 400 градусов и выше в среде с богатым насыщением кислородом. Существуют и другие методы производства, но этот пользуется наибольшей популярностью.

Химическая формула и свойства диоксида кремния

Формула вещества выглядит следующим образом:

Диоксид кремния в его естественном виде применяют исключительно в сложном производстве – в строительстве. Для всех остальных сфер производства применяют только те соединения, которые были получены в лабораторных условиях.

Вещество характеризуется следующими свойствами:

Получение диоксида кремния

В зависимости от используемой технологии получения весь диоксид кремния можно разделить на 3 основные категории:

Кристаллический – в таком виде вещество распространено в естественной среде, то есть, в природе. Содержится в большом списке минералов. Диоксид кремния может иметь самую разную окраску. Вещества из этой категории используют для изготовления бетона, стекла или керамики;

Порошкообразный – вещества из данной категории получают в лабораторных условиях, в природе в таком виде диоксид кремния обнаружить невозможно. Диоксид кремния как порошок широко применяется в производстве некоторых продуктов питания: сыра, сыпучих смесей, кондитерских изделий и алкогольных напитков. Обнаружить его в составе продуктов вы можете под индексом E551;

Коллоидный диоксид кремния – это соединение тоже производят исключительно промышленным путем. Его применяют для изготовления медикаментов, косметических средств и в медицине.

Наиболее распространенным способом производства диоксида кремния считается его нагрев до 400 градусов в атмосфере богатой кислородом. Но есть и другие способы производства:

На заводах производят чистый концентрированный порошок, который получил широкое применение в химической отрасли и в электронике, а еще в производстве оптических приборов, лаков, красок и ювелирных изделий.

Применение диоксида кремния

Применение диоксида кремния в той или иной сфере определяется его свойствами. В пищевой сфере соединение получило популярность в роли эмульгатора, также оно обеспечивает однородность структуры производимой пищи. E551 встречается в алкогольных напитках, чипсах, сухариках, соленых орешках и прочих снеках, закусках к пиву, большом перечне приправ и специй, сладостях и кондитерских изделиях. Добавка часто содержится в кисломолочной продукции, в частности – в сырах, во всех порошкообразных продуктах питания. В спиртном вещество помогает стабилизировать показатель кислотности посредством нейтрализации избыточного количества щелочей.

Не меньшую популярность вещество получило в медицине и фармацевтике. Оно выполняет роль энтеросорбента. Добавка встречается в препаратах, предназначенных для ускорения процесса регенерации тканей и заживления ран. Диоксид кремния способен прекращать воспалительные процессы.

Если говорить о косметической сфере, диоксид кремния содержится в зубных пастах – такое его применение обусловлено способностью отбеливать зубы. Зубная эмаль при этом не разрушается, что очень важно для здоровья зубов. К тому же, при случайном проглатывании подобных зубных паст ваш организм не ощутит никакого вреда. Диоксид кремния можно встретить во многих скрабах, кремах, лосьонах и пудрах. Они помогают избавиться от жирного блеска, сделать менее заметными морщины и прочие неровности на коже.

Также именно диоксид кремния содержится в белых пакетиках, которые кладут в новую обувь для впитывания влаги.

Диоксид кремния кладут в обувь

Диоксид кремния в производстве косметических средств

Наибольшую популярность в косметической сфере вещество получило в производстве зубных паст. Им заменяют опасные для зубной эмали отбеливающие компоненты. Диоксид кремния не несет никакого вреда состоянию зубов, но при этом делает их более белыми. Вещество способно оказывать матирующий эффект, поэтому его часто используют для производства тоников и матирующих кремов. Кроме того, соединение маскирует неровности кожи: сглаживает рельеф и делает менее заметными морщины. Последним, но не менее важным свойством диоксида кремния косметологии является его способность оказывают пилингующий эффект, удаляя отмершие клетки верхнего слоя кожи.

Диоксид кремния в производстве продуктов питания

Е551 наиболее часто содержится в составе снеков и закусок к пиву. Его также вводят в состав растворимого кофе. Добавка предназначена для улучшения сыпучести продуктов: она препятствует образованию комочков и позволяет сохранить однородность. Соединение добавляют в сахар-порошок, сухие молоко и сливки, соль, муку, специи и многие другие сыпучие продукты. Добавку вводят в напитки для предотвращения образования избыточного количества пены.

Диоксид кремния в строительстве

Диоксид кремния получил широкое распространение в сфере строительства. Его вводят в состав для производства стекла для придания ему большей прочности и жесткости, используют во время производства керамики и бетона. Добавку используют в производстве ультразвуковых установок и зажигалок.

Диоксид кремния в медицине

В сочетании с водой диоксид кремния выполняет функции энтерсорбента. Его применяют для ускорения регенерации тканей, для облегчения состояния загноившихся ран. Вещество выступает в роли абсорбента, поглощающего токсины и аллергены. Оно способно устранять патогенные бактерии.

Влияние диоксида кремния на организм человека

Диоксид кремния не оказывает негативного влияния на организм человека – это было доказано рядом исследований, проведенных специалистами из разных точек мира. Ведущие технологи подтвердили факт того, что применение вещества не ограничено и не способно нанести вред организму. Добавление диоксида кремния в продукты питания и медикаменты разрешено во всех странах мира. Существует только одно условие: объем добавки не должен превышать максимально допустимое количество, а именно – 30 грамм на 1 килограмм готового продукта.

Польза диоксида кремния неоднозначна. Употреблять его в слишком больших объемах не рекомендуется. Опасность добавка E551 может нести при следующих условиях:

Ученые выдвигают предположения относительно того, что диоксид кремния способен оказывать положительное воздействие на здоровье человека. Так, вещество снижает возможность появления деменции в пожилом возрасте. В медикаменты соединение вводят в качестве сорбента, выводящего из организма все вредные вещества.

Вред диоксида кремния

Ученые подтвердили, что диоксид кремния, попадая в организм, не задерживается там долго и легко выводится естественным путем. Любая информация о вреде добавки не правдива – при употреблении соединения в составе продукта питания, вы не ощутите никакого вреда.

Диоксид кремния как естественное соединение присутствует в составе крови человека. Вред вещество может нанести только при попадании в дыхательные пути, поэтому работать с порошком нужно в защитной экипировке. Мелкие кристаллики порошка могут спровоцировать развитие воспалительных процессов, который впоследствии перетекут в более серьезные заболевания.

Польза от диоксида кремния

Ученые доказали, что диоксид кремния оказывает положительное влияние на состояние здоровья человека. Вещество предотвращает возникновение и развитие атеросклероза и укрепляет сосуды. Кремний, разведенный в воде, способен выводить шлаки из человеческого организма и обладает высокими антибактериальными свойствами.

Также существует теория о том, что добавка способна предотвращать развитие деменции в пожилом возрасте. Однако, данная информация все еще не доказана.

Показания и противопоказания к применению диоксида кремния

Показания к применению диоксида кремния

Специалисты называют следующие показания к употреблению препаратов, включающих в свой состав диоксид кремния:

Противопоказания к применению диоксида кремния

Вещество не рекомендуется употреблять в том случае, если вы страдаете язвенной болезнью желудка или двенадцатиперстной кишки.

Женщинам в положении и кормящим матерям важно регулировать количество употребляемого вещества.

Инструкция по применению диоксида кремния

Медикаменты, включающие в свой состав рассматриваемое вещество, согласно инструкции, нужно принимать за час до еды. При острых кишечных инфекциях и токсикоинфекциях лекарственный порошок употребляют в объеме 2-3 грамма трижды в сутки. При тяжелом диарейном синдроме количество употребляемого препарата увеличивают до 4-6 грамм и принимают его дважды в день. Диоксид кремния принимают на протяжении 3-5 дней.

В случае отравления лекарственными препаратами или ядовитыми химическими соединениями употребляют по 2-3 грамма трижды в сутки. При аллергиях препарат употребляют по аналогичной методике.

Класс опасности пищевой добавки Е551

Диоксид кремния принадлежит к 3 классу опасности. Это означает, что он абсолютно безвреден для человеческого организма и разрешается для употребления практически всем группам.

Продукты, содержащие в своем составе диоксид кремния

Диоксид кремния можно обнаружить в следующих продуктах питания:

Где приобрести диоксид кремния и сколько он стоит

Наиболее простой способ приобрести диоксид кремния – купить его в интернете или заказать у официального производителя. В зависимости от разновидности вещества, его стоимость может меняться. Так, цена вещества изменяется в диапазоне от 400 до 1000 рублей за килограмм.

Заключение

Диоксид кремния – это вещество, представляющее собой однородный порошок белого цвета без вкуса и запаха. В естественном виде соединение встречается во многих минералах и в составе человеческой крови. Диоксид кремния, полученный искусственным путем, широко применяется в самых разных сферах: в пищевой и фармацевтической промышленности, строительстве, медицине, косметологии и, разумеется, в химической отрасли.

Само по себе вещество полностью безвредно, но при вдыхании слишком большого объема порошка могут возникнут заболевания дыхательных путей. Диоксид кремния обладает положительными свойствами: он предотвращает развитие болезни Альцгеймера, обеззараживает и выводит из организма вредные вещества. Именно поэтому препараты с ним широко применяются при производстве лекарств, которые принимают при отравлениях.

Источник

Диоксид кремния

Диоксид кремния
Систематическое наименование	оксид кремния (IV)
Традиционные названия	кремнезём
Хим. формула	SiO2
Рац. формула	SiO2
Температура
• плавления	1600 °C
• кипения	2950 °C
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
ГОСТ	ГОСТ 9428-73
Рег. номер CAS	7631-86-9
PubChem	24261
Рег. номер EINECS	231-545-4
SMILES
Кодекс Алиментариус	E551
RTECS	VV7565000
ChEBI	30563
ChemSpider	22683
Токсичность	Пыль SiO2 чрезвычайно токсична и канцерогенна при вдыхании, поражает лёгкие, приводит к силикозу
Пиктограммы ECB
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Диоксид кремния (кремнезём, SiO₂; лат. silica ) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы с температурой плавления +1713…+1728 °C, обладающие высокой твёрдостью и прочностью.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87 % массы литосферы. В крови и плазме человека концентрация кремнезёма составляет 0,001 % по массе.

Содержание

Свойства

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространённая из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии. При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше +573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях.

В природе также встречаются формы — опал, халцедон, кварцин, лютецит, аутигенный кварц, которые относятся к группе кремнезёма. Опал (SiO₂·nH₂O) в шлифе бесцветен, изотропен, имеет отрицательный рельеф, отлагается в морских водоёмах, входит в состав многих кремнистых пород. Халцедон, кварцин, лютецит — SiO₂ — представляют собой скрытокристаллические разновидности кварца. Образуют волокнистые агрегаты, розетки, сферолиты, бесцветные, голубоватые, желтоватые. Отличаются между собой некоторыми свойствами — у халцедона и кварцина — прямое погасание, у лютецита — косое, у халцедона — отрицательное удлинение.

При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит (который в 1953 году был синтезирован американским химиком Лорингом Коэсом), а затем — в стишовит (который в 1961 году был синтезирован С. М. Стишовым, а в 1962 году был обнаружен в кратере Бэрринджера (кратере Аризонского метеорита). Согласно некоторым исследованиям, стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том, какая разновидность SiO₂ наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO₂ — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с газообразным фтороводородом:

и плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для плавления стекла.

При сплавлении SiO₂ с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH₂O·ySiO₂ (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идёт об одном и том же веществе).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na₂CaSi₆O₁₄ (Na₂O·CaO·6SiO₂) изготовляют оконное стекло.

Большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют жидким стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твёрдого диоксида кремния, так и всех силикатов, выступает группа [SiO_4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырёх атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединён с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO_4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO_4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO₂. А также термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот, даже слабой уксусной, на растворимые силикаты. Например:

кремниевая кислота сразу распадается на воду и SiO₂, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, в парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство фармакопей), для стабилизации суспензий и линиментов, в качестве загустителя мазевых основ, наполнителя таблеток и суппозиториев. Он входит в состав композиции пломбировочных материалов, снижает гигроскопичность сухих экстрактов, замедляет выход БАВ из различных лекарственных форм; в качестве пищевых добавок и сорбента, а также матриц для создания лекарственных форм с заданными свойствами – так как нет кристаллической структуры (аморфен) – безопасен, а также в качестве пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента Полисорб МП с широким спектром применения с учётом высокой удельной поверхности сорбции (в интервале 300-400 м² ) на 1 г основного вещества.

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и другом.
Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Кремнезёмная нить также используется в нагревательных элементах электронных сигарет, так как хорошо впитывает жидкость и не разрушается под нагревом спирали.

Также диоксид кремния нашёл наиболее широкое применение в шинной промышленности, производстве РТИ и пластмасс, химической промышленности, машиностроении, а в ряде конкретных операций:

Крупные прозрачные кристаллы кварца используются в качестве полудрагоценных камней; бесцветные кристаллы называют горным хрусталём, фиолетовые — аметистами, жёлтые — цитрином.

В микроэлектронике диоксид кремния является одним из основных материалов. Его применяют в качестве изолирующего слоя, а также в качестве защитного покрытия. Получают в виде тонких плёнок термическим окислением кремния, химическим осаждением из газовой фазы, магнетронным распылением.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (SiH₄). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха и может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Токсичность

Источник

Кремнезём

Диокси́д кре́мния (оксид кремния (IV), кремнезём, SiO₂) — бесцветные кристаллы, t_пл 1713—1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью.

Содержание

Свойства

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространенная из них на поверхности земли — α-кварц — кристаллизуется в тригональной сингонии

При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше 573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях. При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит, а затем в стишовит (который впервые был обнаружен на месте эпицентра ядерного взрыва). Согласно некоторым исследованиям стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том какая разновидность SiO₂ наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Также имеет аморфную модификацию — кварцевое стекло.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO₂ — кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с плавиковой кислотой:

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

При сплавлении SiO₂ с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты — соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде кремниевых кислот общей формулы xH₂O·ySiO₂ (довольно часто в литературе упоминаются не кремниевые кислоты, а кремниевая кислота, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же).

Например, может быть получен ортосиликат натрия:

или смешанный силикат кальция и натрия:

Из силиката Na₂O·CaO·6SiO₂ изготовляют оконное стекло.

Следует отметить, что большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют растворимым стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов выступает группа [SiO_4/2], в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырех атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты [SiO_4/2] могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов [SiO_4/2] выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400—500°C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO₂.

В лабораторный условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот на силикатные соли. Например:

кремниевая кислота сразу разлагается на воду и SiO₂, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнезёмистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике, ультразвуковых установках, в зажигалках.

Диоксид кремния — главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Из кремнезёма и силикатов состоит 87% массы литосферы.

Аморфный непористый диоксид кремния применяется в пищевой промышленности в качестве вспомогательного вещества E551, препятствующего слёживанию и комкованию, парафармацевтике (зубные пасты), в фармацевтической промышленности в качестве вспомогательного вещества (внесён в большинство Фармакопей), а также пищевой добавки или лекарственного препарата в качестве энтеросорбента.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов.

Также используется для производства волоконно-оптических кабелей. Используется чистый плавленый диоксид кремния с добавкой в него некоторых специальных ингредиентов.

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила, который, в свою очередь, получают сжиганием силана (SiH₄). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60—120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии, наполнителя резин, катализе.

Силикагель получают путём высушивания геля кремневой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: до 320 м²/г.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Источник