二氧化硅(SiO2)是所有礦物中最豐富的。 自然界中存在的二氧化硅稱硅石，約占地殼總重量的12%。硅石有石英、鱗石英和方石英三種不同的晶型，石英在室溫下最穩(wěn)定，另兩種在高溫下穩(wěn)定，因它們轉變成石英的速度很慢，所以在室溫亦有存在。某些石英礦有特殊的名稱， 如大而透明的石英晶體叫做水晶，含微量雜質 而呈紫色的叫紫水晶，淺黃、金黃和褐色的稱煙 水晶，黑色幾乎不透明的稱墨晶。玉髓、瑪瑙和 碧玉則是微晶體石英混有其他物質而呈各種顏 色的寶石類礦石。肉紅玉髓含有氧化鐵，綠玉 髓含鎂。紅色碧玉中混有細粒分散的針鐵礦 (Fe2O3·H2O)。常見的沙是含雜質的石英。 中國華北地區(qū)有質量較好的大量硅石礦，石英 砂巖在華南分布較廣，在青海、云南、廣東、廣西 和貴州等省有水晶礦。石英的熔點為1 610℃。 除氟、氟化氫和氫氟酸外，它與鹵素、鹵化氫和 無機酸都不起反應。但溶于熱濃堿液及熔融的強堿或碳酸鈉。

理化性質

二氧化硅俗名硅石，化學式SiO2。是硅的最普遍、最穩(wěn)定的化合物， 它廣泛分布于自然界中， 構成了各種礦物和巖石。硅石以晶體和無定形兩種狀態(tài)存在， 晶體硅石最重要的是石英，是原子晶體。純石英無色透明，有玻璃光澤， 性硬， 稱為晶石。含有微量雜質而呈現(xiàn)不同顏色的結晶即為水晶， 含有二氧化錳的，稱為藍寶石;含有碳質的為墨晶;含有氣泡的為乳白晶， 此外， 還有黃水晶、紫水晶、煙水晶等， 這些都是名貴的礦石。普通常見的砂子是混有較多雜質的硅石。自然界還有無定形的SiO2，叫做硅藻土，常用作甘油炸藥(硝化甘油)的吸附體。SiO2的化學性質非常穩(wěn)定，不溶于水也不溶于一般的酸，但能與氫氟酸作用生成四氟化硅SiF4 氣體;SiO2和強堿或某些金屬的碳酸鹽在高溫下共熔時會生成硅酸鹽。把SiO2 在高溫狀態(tài)下熔化(熔點約1 600℃)， 然后讓熔液冷卻， 隨著溫度降低， 這時熔液變得越來越粘稠， 最后變硬， 得到石英玻璃。用石英玻璃制的容器， 驟冷驟熱都不易破裂， 而且能透過紫外線。因此， 石英玻璃用來制造汞蒸氣紫外線燈及某些用紫外線的光學儀器和高溫儀器。硅藻土則用作絕熱、隔音材料。普通砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等硅酸鹽制品的原料。

化學反應

化學性質比較穩(wěn)定。不跟水反應。是酸性氧化物，不跟一般酸反應。氣態(tài)氟化氫跟二氧化硅反應生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的濃強堿溶液或熔化的堿反應生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成硅酸鹽。用于制造石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維，陶瓷等。二氧化硅的性質不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（熱濃磷酸除外）。
常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化硅，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅，鑒于此性質，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸： 6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O
二氧化硅一般情況下不與水反應，即與水接觸不生成硅酸，但人為規(guī)定二氧化硅為硅酸的酸酐。
二氧化硅結構在大多數(shù)微電子工藝感興趣的溫度范圍內(nèi)，二氧化硅的結晶率低到可以被忽略。盡管熔融石英不是長范圍有序，但它卻表現(xiàn)出短的有序結構，它的結構可認為是4個氧原子位于四面體的頂點上。多面體中心是一個硅原子。
這樣，每4個氧原子近似共價鍵合到硅原子，滿足了硅的化合價外殼。如果每個氧原子是兩個多面體的一部分，則氧的化合價也被滿足，結果就成了稱為石英的規(guī)則的晶體結構。
在熔融石英中，某些氧原子，成為氧橋位，與兩個硅原子鍵合。某些氧原子沒有氧橋，只和一個硅原子鍵合。
可以認為熱生長二氧化硅主要是由任意方向的多面體網(wǎng)絡組成的。與無氧橋位相比，有氧橋的部分越大，氧化層的粘合力就越大，而且受損傷的傾向也越小。干氧氧化層的有氧橋與無氧橋的比率遠大于濕氧氧化層。

分子結構

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；
最小環(huán)上有6個硅原子和六個氧原子。

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(wǎng)狀結構的晶體。
因此，通常用SiO2來表示二氧化硅的組成。
SiO4四面體不僅存在于SiO2晶體中，而且存在于所有硅酸鹽礦石中，是構成多姿多彩的硅酸鹽世界的基本骨架。
二氧化硅晶體中，硅原子位于正四面體的中心，四個氧原子位于正四面體的四個頂角上，許多個這樣的四面體又通過頂角的氧原子相連，每個氧原子為兩個四面體共有，即每個氧原子與兩個硅原子相結合。二氧化硅的最簡式是SiO2，但SiO2不代表一個簡單分子，僅表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數(shù)之比。

二氧化硅的微觀結構

主要用途

二氧化硅用于制造平板玻璃，玻璃制品，鑄造砂，玻璃纖維，陶瓷彩釉，防銹用噴砂，過濾用砂，熔劑，耐火材料以及制造輕量氣泡混凝土。 二氧化硅的用途很廣。自然界里比較稀少的水晶可用以制造電子工業(yè)的重要 部件、光學儀器和工藝品。 二氧化硅是制造光導纖維的重要原料。 一般較純凈的石英，可用來制造石英玻璃。石英玻璃膨脹系數(shù)很小，相當于 普通玻璃的1/18，能經(jīng)受溫度的劇變，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃 常用來制造耐高溫的化學儀器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。
二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導纖維、電子工業(yè)的重要部件、光學儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學研究的重要材料。
當二氧化硅結晶完美時就是水晶；二氧化硅膠化脫水后就是瑪瑙；二氧化硅含水的膠體凝固后就成為蛋白石；二氧化硅晶粒小于幾微米時，就組成玉髓、燧石、次生石英巖。物理性質和化學性質均十分穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）。石英塊又名硅石，主要是生產(chǎn)石英砂(又稱硅砂)的原料，也是石英耐火材料和燒制硅鐵的原料。
食品工業(yè)用作抗結劑、消泡劑、增稠劑、助濾劑、澄清劑。我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》(GB2760-2011)規(guī)定：可用于蛋粉、糖粉、奶粉、可可粉、可可脂、植物性粉末、速溶咖啡、湯料粉等，使用量為15g/kg，粉末香精，使用量為80g/kg；固體飲料，使用量為0.2g/kg；糧食，1.2g/kg。

健康危害

二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)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?。ㄒ蚬枧f稱為矽，硅肺舊稱為矽肺）。
經(jīng)口攝取的二氧化硅基本上是無毒的，LD50為5000mg / kg（5g/ kg）。
然而，吸入細分散的結晶二氧化硅粉塵可能導致矽肺病，支氣管炎或癌癥，因為灰塵停留在肺中并持續(xù)刺激組織，從而降低肺容量。
研究顯示，暴露于結晶二氧化硅的工人比一般人群的狼瘡和其他自體免疫性疾病的預期高出10倍。
在2013年發(fā)布新規(guī)范之前，職業(yè)安全與健康管理局（OSHA）允許每立方米空氣含100μg二氧化硅，而新規(guī)定將含量減少至50μg/m3。
建筑業(yè)的暴露限值也設定為從250 μg/m3下降至50 μg/m3。