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二氧化硅(化學式:SiO2)是一種酸性氧化物,對應水化物為硅酸(H2SiO3)。二氧化硅是硅最重要的化合物。地球上存在的天然二氧化硅約佔地殼質量的12%,其存在形態有結晶型和無定型兩大類,統稱硅石。

1 二氧化硅 -概述

二氧化硅(SiO2)通常為製造玻璃的主要原料,其網狀結構決定了它具有優良的物理和化學性質,加上SiO2在自然界的廣泛存在,從古到今都被人類廣泛地應用。 二氧化硅與其它化合物在高溫下熔融,快速冷卻可以製得玻璃,僅含二氧化硅單一成分的特種玻璃叫做石英玻璃。二氧化硅也是沙子和石英的主要成分。在半導體和太陽能板等應用中,是目前主要的原料。 

 

2 二氧化硅 -結構

二氧化硅二氧化硅結構
SiO2晶體有多種晶型,其基本結構單元是四面體,每個Si周圍結合4個O,Si在中心,O在四個頂角;許多這樣的四面體又通過頂角的O相連接,每個O為兩個四面體所共有,即每個O與2個Si相結合。實際上,SiO2晶體是由Si和O按1:2的比例所組成的立體網狀結構的晶體。因此,通常用SiO2來表示二氧化硅的組成。

3 二氧化硅 -物理性質

具有硬度大、耐高溫、耐震、電絕緣的性能。可以透過可見光,以及紅、紫外線。

4 二氧化硅 -化學性質

二氧化硅二氧化硅
二氧化硅是酸性氧化物,對應的最高價水化物為硅酸(H2SiO3)。 二氧化硅化學性質不活潑,不容易與水和大部分酸發生反應。通常只能與鹼性氧化物反應生成鹽。氫氟酸(HF)是唯一可以與之反應的酸。

二氧化硅是酸性氧化物、硅酸的酸酐。化學性質很穩定。不溶於水也不跟水反應,不跟一般的酸起作用。能與氟化氫氣體或氫氟酸反應生成四氟化硅氣體。

 

有酸性氧化物的其它通性,高溫下能與鹼(強鹼溶液或熔化的鹼)反應生成鹽和水。常溫下強鹼溶液與SiO2緩慢地作用生成相應的硅酸鹽。強鹼溶液能腐蝕玻璃,故貯存強鹼溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞,若採用玻璃塞(玻璃中含SiO2),會生成有粘性的硅酸鈉,將玻璃瓶塞和瓶口粘結在一起。玻璃瓶內不能久放濃鹼液。

高溫下二氧化硅與鹼性氧化物或某些金屬的碳酸鹽共熔,生成硅酸鹽。
 
將此高溫下熔融狀態的硅酸鈉降溫、冷卻,可得石英玻璃,它有良好的透過紫外線性能,可作水銀燈罩、耐高溫的化學儀器、石英坩堝和光學儀器等。

5 二氧化硅 -應用領域

玻璃

二氧化硅二氧化硅
平板玻璃、浮法玻璃、玻璃製品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等)、光學玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導電玻璃、玻璃布及防射線特種玻璃等的主要原料

陶瓷及耐火材料
瓷器的胚料和釉料,窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料

冶金
硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑、熔劑

建築
混凝土、膠凝材料、築路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗材料(即水泥標準砂)等

化工
硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,無定形二氧化硅微粉

機械
鑄造型砂的主要原料,研磨材料(噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等)

電子
高純度金屬硅、通訊用光纖等

橡膠、塑料
填料(可提高耐磨性)

塗料
填料(可提高塗料的耐候性)

醫學
新加坡國立大學工程學院生物工程系的研究人員研製出一種新技術,能夠通過二氧化硅納米粒子將紅外光轉化為紫外光和可見光,為深層腫瘤的非侵入性療法鋪平了道路。據稱,該技術能夠抑制腫瘤生長,控制其基因表達,是世界上首個使用納米粒子治療深層腫瘤的非侵入性光動力療法。

6 二氧化硅 -危害介紹

二氧化硅二氧化硅
二氧化硅在日常生活、生產和科研等方面有著重要的用途,但有時也會對人體造成危害。

二氧化硅的粉塵極細,比表面積達到100m2/g以上,可以懸浮在空氣中,如果人長期吸入含有二氧化硅的粉塵,就會患硅肺病(因硅舊稱為矽,硅肺舊稱為矽肺)。

硅肺是一種職業病,它的發生及嚴重程度,取決於空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化硅的含量,以及與人的接觸時間等。長期在二氧化硅粉塵含量較高的地方,如採礦、翻砂、噴砂、制陶瓷、制耐火材料等場所工作的人易患此病。

因此,在這些粉塵較多的工作場所,因採取嚴格的勞動保護措施,採用多種技術和設備控制工作場所的粉塵含量,以保證工作人員的身體健康。
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