3.4 из 5

Оксид кремния – вещество, имеющее в составе молекулы один атом кремния и два атома кислорода, именно поэтому его иногда называют диоксидом. В природе огромное количество металлов и неметаллов находятся в форме оксидов, которые способны образовывать почти все элементы периодической таблицы. Кремний – элемент подгруппы углерода, он входит в состав всех органических веществ. Кремний имеет с ним много общего, некоторые учёные даже предполагали возможность органической кремниевой жизни (вместо углеродной). Также этот микроэлемент необходим организму и получается только извне, из его диоксида состоит большая часть земной коры, в частности мы его можем наблюдать на пляже. Песок – это одна из его модификаций. Всего таковых существует три: кварц, тридимит, кристобалит. Это всё одно и то же вещество по составу, разница только в схеме расположения молекул относительно друг друга. Диоксид кремния получают действием кислот на силикат натрия или на другие силикаты, из коллоидного кремнезёма действием кислот или щелочей, замораживанием, гидролизом хлоридов и фторидов кремния, прокаливанием рисовой шелухи, из плавленого кварцевого песка. И многими, многими другими способами.

Диоксид кремния применяется как пищевая добавка Е551.

Свойства диоксида кремния

Оксид кремния представляет собой бесцветные кристаллы с очень высокой твёрдостью и прочностью. Он проявляет кислотные свойства, то есть может реагировать при нагревании с щелочами и щелочными основаниями с образованием солей. При сильном нагревании плавится с образованием стекла. Поскольку оксид кремния является одним из лучших диэлектриков (не проводит электричества), его давно применяют в микропроцессорах электронных приборов. Силиконовая долина в Калифорнии в буквальном переводе – это Кремниевая долина, просто в США этот элемент называют на латинский манер – силициум. Кремний же образует так называемое кварцевое стекло. Диоксид кремния не растворим в воде и кислотах (кроме плавиковой) . Он же – главная составляющая земной коры.

Применение диоксида кремния

В основном оксид кремния применяется в производстве стекла, керамики, бетона, в радиотехнике, хроматографии, в изготовлении оптоволокна, оптическом приборостроении, в ювелирном деле (для полировки). Применяется он и в пищевой промышленности: препятствует слеживанию и комкованию веществ, как эмульгатор. Применяется в зубных пастах в качестве абразивного отбеливателя, является вспомогательным веществом во многих лекарственных средствах. Кроме того пищевой диоксид кремния (это одна из природных модификаций кремния оксида – аморфный непористый диоксид) является сорбентом на подобии актированного угля. Этим объясняется интерес к нему тех, кто хочет похудеть или очистить организм от шлаков и токсинов. Чаще всего пищевой диоксид кремния применение находит в таких продуктах, как приправы, пищевые порошки (соль, сахар, мука), сыры, сладости, чипсы и сухарики, алкоголь.

Предосторожности при применении

Оксид кремния выводится через кишечник без изменения, унося с собой токсины и шлаки, которые он сорбирует в кишечнике. Многочисленные исследования французских учёных показали, что принимаемая внутрь добавка диоксида кремния вреда для организма не представляет. Как и другие сорбенты, кремния оксид стоит принимать не менее чем за час до еды и не ранее чем через 4 часа после.

Вред диоксида кремния состоит в другом: при длительном вдыхании кварцевой пыли могут возникать тяжелые поражения легких (силикоз), заболевания желудочно-кишечного тракта. Но это грозит только людям, работающим на предприятиях, где применяется оксид кремния.

Популярные статьи

Похудение не может быть быстрым процессом. Главная ошибка большинства худеющих в том, что они хотят получить потрясающий результат за несколько дней сидения на голодной диете. Но ведь вес набирался не за несколько дней! Лишние килограммы н...

Диоксид кремния, известный как пищевая добавка под номером Е551, имеет вид кристаллического вещества, не обладающего цветом. Это соединение имеет высокую степень прочности и твердости. Диоксид проявляет устойчивость к влиянию кислот, а также не вступает в реакцию с водой.

В природе соединение можно встретить в виде кварца, обычный песок состоит из мельчайших кварцевых зерен. Диоксид в данной форме применяется в таких областях и технологиях, где не стоит условие касательно высокой степени чистоты материала. Оксид кремния в виде кристаллов представлен яшмой, горным хрусталем, агатом, морионом, аметистом, халцедоном, топазом. На дне океанов образуется аморфный диоксид кремния из погибших водорослей и инфузорий.

Синтетическое вещество получают через окисление кремния при температуре около 500 градусов по Цельсию в атмосфере кислорода.

Пищевая добавка Е551 известна также под названиями аэросил, аморфный диоксид кремния, кремнезем, белая сажа, тонкодисперсный диоксид.

Диоксид кремния: применение

Пищевой диоксид кремния благодаря своим свойствам нашел широкое распространение как эмульгатор и вещество, препятствующее слеживанию и комкованию. Эту добавку можно встретить в таких группах продуктов:

• кисломолочная продукция, чаще всего – в сырах;
• приправы, специи, сушеные пряности;
• кондитерские изделия, сладости;
• продукты питания в виде порошка, например, соль, сахар, мука;
• разнообразные снеки, чипсы, орешки в различных глазурях, закуски к пиву, сухарики;
• алкогольные напитки.

Свое применение диоксид кремния нашел при производстве зубных паст, энтеросорбентов, некоторых видов лекарств.

Соединение используется во время производства керамики, стекла, абразивов, изделий из бетона, в качестве наполнителя в процессе производства резин, для получения кремния, во время производства кремнеземистых огнеупоров, в сфере хроматографии и др. Благодаря пьезоэлектрическим свойствам, которыми обладают кристаллы вещества, применение диоксид кремния нашел в ультразвуковых установках, а также радиотехнике.

Пленки диоксида, которые были получены искусственным путем, применяются как изолятор во время производства микросхем и иных электронных компонентов. Диоксид в чистом плавленом виде в сочетании с разными специальными ингредиентами применяется с целью производства волоконно-оптических кабелей.

Диоксид кремния: вред

Пищевой диоксид кремния, известный в качестве добавки под номером Е551, причисляется к группе химических соединений, которые разрешены к использованию в производственных процессах продуктов питания. Но согласно предостережениям ряда специалистов, существует и вред диоксида кремния для организма человека, который проявляется в случае взаимодействия с соединением.

Однако стоит отметить, что вред диоксид кремния может нанести в случае пренебрежения мерам предосторожности во время работы с веществом в чистом виде. Например, пыль, которая образуется в процессе взаимодействия диоксида с иными химическими реагентами, может вызывать серьезные раздражения легких и бронхов человека.

В случае употребления соединения внутрь, в неизменном состоянии оно проходит через желудочно-кишечный тракт, а после естественным образом покидает организм. Также заметим, что во Франции в течение пятнадцати лет проходили исследования касательно данной добавки, которые показали, что в случае употребления воды с высоким уровнем содержания диоксида сокращается риск развития болезни Альцгеймера на целых 11%.

Популярные статьи Читать больше статей

02.12.2013

Все мы много ходим в течение дня. Даже если у нас малоподвижный образ жизни, мы все равно ходим – ведь у нас н...

604161 65 Подробнее

10.10.2013

Пятьдесят лет для представительниц прекрасного пола – это своеобразный рубеж, перешагнув который каждая вторая...

443658 117 Подробнее

02.12.2013

В наше время бег уже не вызывает массу восторженных отзывов, как это было лет тридцать назад. Тогда общество б...

354167 41 Подробнее

Химическое соединение диоксид кремния обладает структурой с повышенной твердостью, является составным элементом пищевых продуктов, его можно обнаружить в керамике, бетоне, медицинских препаратах, косметических средствах. Ознакомьтесь с химическими свойствами, способами применения, влиянием на организм человека, возможной пользой и вредом диоксида.

Диоксид кремния – что это такое

Silica, Silicon dioxide, кремнезем – все эти определения равны термину двуокись кремния. Это соединение состоит из бесцветных кристаллов, обладающих повышенной прочностью, твердостью и пластичностью. В природе оно встречается широко: кристаллические модификации представлены минералами яшмой, агатом, горным хрусталем, чистым кварцем, халцедоном, аметистом, морионом, топазом.

При естественной температуре окружающей среды и нормальном атмосферном давлении выделяют три модификации моноксида кремния: тридимит (песок), кристаллы кварца и кристобалит. Если повысить температуру, кристаллическое вещество станет коэситом, а затем стишовитом. Последнее является производным веществом, составляющим мантии Земли и ее коры. На нашей планете высший оксид занимает 87% всей литосферы, в плазме крови человека его концентрация составляет 0,001%.

Химические свойства

Высший оксид кремния устойчив к воздействию кислот, атомов кислорода, не растворяется водой. При повышенной температуре растворяется щелочами, плавиковой кислотой, обладает диэлектрическими свойствами. Бесцветные кристаллы характеризуются высокой прочностью, тугоплавкостью, твердостью. Атомы кремния не проводят ток. Вещество относится к группе стеклообразующих оксидов кремния.

Диоксид кремния – влияние на организм человека

По данным исследований, вещество проходит через желудочно-кишечный тракт человека в неизмененном состоянии, полностью выводится из организма. Ученые обнаружили пользу соединения – вода с повышенным содержанием пищевого натурального диоксида снижает риск развития болезни Альцгеймера. При производстве пищевых продуктов вещество обозначается, как эмульгатор Е551.

Он не изменяет вкусовых качеств продуктов, не влияет на цвет, но придает сыпучесть и текучесть порошкам, предупреждает появление комков, гасит пену, играет роль загустителя. Для медицинских целей применяется для погашения газообразования. Ученые говорят, что двуокись кремния не наносит вреда организму, не всасывается кишечником. Возможным отрицательным эффектом обладают соединения кремния с прочими химическими веществами: приводят к раздражению дыхательных путей.

Применение оксида

Кремний окисляется, приобретает новые свойства, поэтому используется в качестве эмульгатора и вещества, препятствующего слеживанию и комкованию. Природный диоксид находит применение в следующих отраслях:

• пищевая промышленность;
• производство бытовой химии, лекарственных средств;
• выпуск керамики, стекла, абразивов, бетонных изделий;
• наполнитель при производстве резины, кремнеземистых огнеупоров;
• в микроэлектронике диоксид (продукт окисления кремния) находит применение в сфере хроматографии;
• использование в ультразвуковых установках, радиотехнике за счет пьезоэлектрических свойств;
• плавленый диоксид применяется в производстве волоконно-оптических кабелей, изоляторов.

Диоксид кремния в косметике

Элемент часто применяют при производстве зубных паст. Им заменяют некоторые опасные ингредиенты, служащие для отбеливания эмали. Двуокись не наносит вреда зубам, но эффективно отбеливает их поверхность, выступая абразивом. За счет матирующего действия соединение используется в производстве лосьонов, кремов, пудры для жирной кожи. Добавка сглаживает неровный рельеф, устраняет морщины. Другим полезным свойством пленки диоксида является ее пилингующий эффект – она убирает отмершие клетки эпидермиса.

Пищевая промышленность

Пищевую добавку Е551 используют в производстве чипсов, сухариков, кукурузных палочек, растворимого кофе. За счет нее улучшается сыпучесть продуктов, предотвращается появление комочков. Также двуокись кремния добавляют в сахар, сухие сливки и молоко, соль, пшеничную муку, специи, яичный порошок. Добавкой обогащают снеки, алкогольные напитки, кондитерские изделия для предотвращения образования избыточного количества пены.

Строительство

Материалы, содержащие кремний диоксид, нашли широкое применение в области высоких технологий и строительных материалов. Вещество применяется в производстве стекла, керамики, бетонных изделий, абразивов. Его используют в радиотехнике, установках для производства ультразвука, зажигалках. Аморфный непористый элемент в сочетании с другими компонентами применяется в изготовлении кабеля.

В медицине

Для медицинских целей применяется коллоидный непористый диоксид, представляющий собой рыхлый бело-голубой порошок без запаха. В сочетании с водой он формирует взвесь, используется в качестве энтеросорбента. Вторым направлением использования становится терапия порошком гнойно-воспалительных поражений мягких тканей: гнойных ран, флегмон, абсцесса, мастита.

Лекарственными свойствами аморфного кремнезема считаются абсорбция токсинов, аллергенов, микроорганизмов и прочих агрессивных продуктов обмена веществ. Коллоидное вещество способно связывать и устранять из тела эндо- и экзогенные вещества, патогенные бактерии. Аморфный кремнезем проявляет активность в отношении к солям тяжелых металлов, радионуклидам, избытку холестерина, продуктам распада алкоголя. Двуокись кремния сохраняет нормальные компоненты флоры ЖКТ, не нарушает пищеварение.

Препараты, в которых содержится диоксид кремния

В медицине и фармакологии выделяют следующие препараты, содержащие синтетический диоксид:

• Полисорб – удаляет из организма накопившиеся токсины и шлаки, болезнетворные вирусы и бактерии;
• Силицея – реагирует на недостаток кремния в организме, содержит легкоусвояемую форму элемента;
• Флорасил – суточная дозировка укрепляет иммунитет, нормализует обменные процессы, укрепляет кости, волосы, ногти, нормализует обменные процессы кожи.

Показания к применению

Коллоидный кремнезем продается под аналогичным названием через аптеки, применяется для следующих случаев:

• гнойно-воспалительные патологии мягких тканей;
• пищевые токсикоинфекции;
• острые кишечные инфекции;
• аллергические реакции;
• острые отравления ядовитыми средствами;
• экзо- и эндогенные интоксикации;
• абстинентный алкогольный синдром.

Дозировка и способ применения аморфного диоксида зависят от типа и тяжести течения болезни, назначаются врачом:

1. Местно препарат применяется на ранах – накладывается слоем 4-6 мм на предварительно обработанную поверхность, закрывается сухой асептической повязкой. Перевязки обновляют каждые сутки.
2. Фракционные проточные промывания – до шести раз за день. Используется 1-3%-ная водная взвесь.
3. Внутрь – аэросил применяется за час до приема пищи. При тяжелой диарее разовая доза составляет 4-6 г, суточная – 12 г, курс длится 3-5 дней. Токсико- и кишечные инфекции: трижды за сутки по 2-3 г. Алкогольный синдром: 3-4 раза за день по 2-4 г, курсом 3-4 дня. Острые пероральные отравления: разовая доза 0,1-0,15 мг/кг веса человека, разделенные на 2-3 приема. Тяжелые отравления: после промывания желудка через зонд кремний вводят каждые 4-6 часов максимальной суточной дозой 24 г. Аллергия: 2-3 раза за сутки по 2-3 г курсом 10-15 дней.

Кремния диоксид (кремнезем) SiO 2 , бесцветное кристаллическое, аморфное или стеклообразное вещество.

Структура. Кремния диоксид существует в нескольких полиморфных модификациях (см. табл.). Температуры перехода при нормальном . α-кварц → β-кварц 575 °С (ΔH 0 перехода 0,41 кДж/моль), β-кварц → β-кристобалит 927 °С (2,26 кДж/моль), β-кварц → α-тридимит 867 °С (0,50 кДж/моль), α-тридимит → β-тридимит 115°С (0,27 кДж/моль), β-тридимит → γ-тридимит 160°С (0,15 кДж/моль), γ-тридимит → α-кристобалит 1470 °С (0,21 кДж/моль), α-кристобалит → β-кристобалит 270 °С. Температура плавления β-кварца 1610°С (ΔH 0 пл 8,53 кДж/моль), α-тридимита 1680 °С, β-кристобалита 1723°С (ΔH 0 пл 9,6 кДж/моль). Полиморфные превращения кварца, тридимита и кристобалита сопровождаются изменением объема. Кристаллические формы диоксида кремния построены из тетраэдров SiO 4 , αa- и β-формы отличаются небольшим смещением и поворотом тетраэдров. Для низкотемпературных тридимитов приводятся данные и для других кристаллических модификаций, однако все они в качестве основной структурной единицы содержат β-тридимит, но различно искаженный. Например, описаны триклинный и моноклинный тридимиты. В природе встречается также кубическая модификация SiO 2 - меланфлогит (a = 1,3402 нм, z = 48, пространств. группа Рт 3п ). При высоких давлениях образуются китит (80-130 МПа, 400-500 °C), коэсит (1,5-4 ГПа, 300-1700 °C), стишовит (16-18 ГПа, 1200-1400 °С). Стишовит - единственная модификация диоксида кремния, построенная из октаэдров SiO 6 . Устойчивость тридимита, вероятно, определяется примесями Na и Аl. Неустойчивая форма диоксид кремния - ромбо-дипирамидальный "волокнистый кремнезем".

Кроме кристаллических для диоксида кремния характерны и другие формы существования. Скрытокристаллические формы (халцедоны) по структуре аналогичны кварцу. При кислотой из некоторых получают гидратированные кристаллические кремнеземы. Они наследуют текстуру исходных . образуя волокнистые, чешуйчатые (лепидоидальныe) и листоподобные слоистые структуры. Известны аморфные анизотропные и изотропные (опал) образования, тонкодисперсный природный кремнезем (трепел, синтетический коллоидный кремнезем и кремнеземные порошки). Гидратированный аморфный кремнезем, осаждаемый из растворов силиката Na и др., полимеризован до сферических частиц диаметром менее 100 нм, обычно 2-3 нм. Получен аморфный кремнезем в форме листочков, ленточек и волокон. При высоких температурах из газовой фазы выделяются тонкодисперсные пирогенного безводного кремнезема - и др. О стеклообразном кремнеземе .

Распространение в природе. Содержание свободного диоксида кремния в земной коре 12%; он входит также в состав горных пород в виде различных или в виде смесей с другими минералами (граниты). Кварц - один из наиболее распространенных . намного реже встречаются тридимит, кристобалит, халцедоны, опалы. Мелкие, различно ориентированные образуют "жильный" кварц. При разрушении горных пород возникают кварцевые пески, уплотнение которых приводит к образованию песчаников и кварцитов.

Hаиболее чистый кварц - горный хрусталь, которого могут достигать несколько метров и весить десятки тонн. прозрачны, бесцветны (горный хрусталь) или окрашены примесями в фиолетовый (аметист), черный (марион), желтый (цитрин), дымчатый (раух-топаз) цвета. Разновидности скрытокристаллической формы кварца: розово-красный сердолик, синеватый сапфирин, яблочно-зеленый хризопраз, полосчатые агаты и ониксы, тонко-окрашенная яшма, кремни и роговики. Уникален аморфный "благородный" опал, состоящий из однородных коллоидных частиц диаметром 0,1-0,3 мкм, плотно упакованных в упорядоченные агломераты; содержание воды в нем менее 1% по массе (для большинства рядовых опалов 4-9%). Природные месторождения кремнезема образуют также трепел, диатомит и др.

Из кремнезема построены панцири диатомовых водорослей, скелеты некоторых губок; он упрочняет стебли растений - хвощей, бамбука, тростника, содержится в соломе. Диоксид кремния ответствен за окремнение форм живых организмов растений. В крови и человека кремнезема составляет 0,001% по массе.

Получение. Синтетический диоксид кремния получают: действием кислот (H 2 SO 4 , HCl, СО 2) на силикат Na, реже - на другие растворимые силикаты (основной способ производства в капиталистических странах); из коллоидного кремнезема под действием Na + , NH 4 , F - или замораживанием; SiCl 4 , SiF 4 , (NH 4) 2 SiF 6 , (C 2 H 5 O) 4 Si в водных, водно-аммиачных растворах (иногда с добавлением или орг. оснований) и в газовой фазе. Аморфный диоксид кремния получают также из трепела и диатомита, прокаливанием рисовой шелухи, размалыванием плавленого кварцевого песка. Безводные диоксида кремния с высокой удельной поверхностью получают химическим из газовой фазы путем сжигания паров SiCl 4 в смеси Н 2 и О 2 (аэросилы, в США - кабосил), и гидролиза паров Si (пирогенный кремнезем), а также SiF 4 (флуосил). Первично конденсируемые частицы диоксида кремния диаметром 1 нм плотно упакованы во вторичных конгломератах, объединенных в рыхлую структуру с удельной поверхностью 200-400 м 2 /г. a-кварца выращивают из щелочных растворов диоксида кремния в автоклавах высокого давления (35-120 МПа) при 300-420 °С. В производстве используемых в технике материалов на основе диоксида кремния применяют след. процессы:

Химическое осаждение из газовой фазы при высокотемпературном сжигании SiCl 4 , предварительно очищенного ректификацией. Частицы диоксида кремния, образующиеся в кислородно-водородном пламени или плазме, осаждаются давая массивные кварцевые стекла или слои заготовок волоконных световодов;

Окисление поверхности монокристаллич. Si с образованием гетероструктур (в производстве интегральных схем);

Спекание мелкодисперсного диоксид кремнияв кварцевую керамику;

Золь-гель процесс, включающий гидролиз органических соединений Si, медленную дегидратацию образовавшегося геля и умеренное нагревание. Используется для получения кварцевых и высококремнеземистых стекол;

Получение особо чистого диоксида кремния и пористых стекол (типа "викор") путем термической обработки лидирующего боросиликатного стекла, выщелачивания кислотой и отмывки кремнеземистого каркаса.

Природный кремнезем используют в производстве силикатных стекол, изделий из фарфора и фаянса, абразивов, бетона, силикатного кирпича, динаса, керамики. Синтетический диоксид кремния ("белая сажа") - наполнитель в производстве резин (до 70% производимого диоксида кремния). Преимущественно используют осажденные гидратированные кремнеземы (содержащие 85-95% SiO 2) с удельной поверхностью 60-300 м 2 /г, в меньшей степени - безводные кремнеземы типа аэросила. Аэросил - также адсорбент в хроматографии, загуститель смазочных материалов, клеев, красок. применяют в радиотехнике (пьезоэлектрич. стабилизаторы частоты, фильтры, резонаторы и др.), в акустооптике и акустоэлекронике, в оптическом приборостроении (призмы для спектрографов, монохроматоров, линзы для УФ оптики и др.), в ювелирном деле (прозрачные, красиво окрашенные разновидности - полудрагоценные камни). Силикагели с эффективным диаметром пор 2-15 нм используют как промышленные сорбенты и носители катализаторов. Синтетический диоксид кремния и горный хрусталь являются сырьем для производства монокристаллов кварца, кварцевого стекла, керамики и кварцевых волокон. Кварцевое стекло и керамика - конструкционный материал в авиационной промышленности (например, для обтекателей окон и иллюминаторов летательных аппаратов), в оптике (для входных окон оптических приборов УФ и ИК диапазонов), в электронике (линии задержки) и др. Кварцевая ткань - теплозащитный материал. Кварцевые волокна используют для создания волоконно-оптических (световодных) линий связи и систем передачи информации. Производство синтетического диоксида кремния в капиталистических странах 600-700 тыс. т/год (1980).

Диоксид кремния в пищевой промышленности - пищевая добавка под кодом E-551 группы эмульгаторов. Диоксид кремния применяется как добавка, препятствующая слеживанию и комкованию основного продукта. В пищевых продуктах Е-551 чаще всего встречается в составе сухариков, чипсов, некоторых медикаментов (энтеросорбентов), зубных паст.

Воздействие на организм

При употреблении диоксида кремния вовнутрь, он проходит неизменным через желудочно-кишечный тракт, после чего выводится из организма. По непроверенной информации исследования, проводимые во Франции, показали, что при употреблении воды с высоким содержанием диоксида кремния снижается риск развития болезни Альцгеймера на 11%.

Диоксид кремния встречается в природе в виде песка, кварца. В общем случае диоксид кремния - главный компонент почти всех земных горных пород.

Применение диоксида кремния

Диоксид кремния применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, при производстве кремнеземистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике и ультразвуковых установках. Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов. Чистый плавленый диоксид кремния в композиции с рядом специальных ингредиентов используется для производства волоконно-оптических кабелей.

Общая информация

В природе диоксид кремния встречается в виде минерала кварца, из мелких зерен кварца состоит обычный песок . Такой диоксид испольлзуется в технологиях, не предусматривающих высокого уровня чистоты материала. Синтетический диоксид кремния получают путем окисления кремния в атмосфере кислорода при температурЕ-400-500 °C.

Диоксид кремния это очень твердое, бесцветное кристалическое вещество. Диоксид кремния не реагирует с водой и устойчив к воздействию кислот. Молекулярная формула вещества: SiO 2 . Оксид кремния представитель группы кислотных стеклообразующих оксидов, взаимодействует при повышении температуры со щелочами и основными оксидами, растворим в плавиковой кислоте, склонен к образованию переохлажденного расплава, т.е. стекла, является отличным диэлектриком.