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(chēng)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(zhuǎn)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(chēng)， 如大而透明的石英晶體叫做水晶，含微量雜質(zhì) 而呈紫色的叫紫水晶，淺黃、金黃和褐色的稱(chēng)煙 水晶，黑色幾乎不透明的稱(chēng)墨晶。玉髓、瑪瑙和 碧玉則是微晶體石英混有其他物質(zhì)而呈各種顏 色的寶石類(lèi)礦石。肉紅玉髓含有氧化鐵，綠玉 髓含鎂。紅色碧玉中混有細(xì)粒分散的針鐵礦 (Fe2O3·H2O)。常見(jiàn)的沙是含雜質(zhì)的石英。 中國(guó)華北地區(qū)有質(zhì)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(diǎn)為1 610℃。 除氟、氟化氫和氫氟酸外，它與鹵素、鹵化氫和 無(wú)機(jī)酸都不起反應(yīng)。但溶于熱濃堿液及熔融的強(qiáng)堿或碳酸鈉。
理化性質(zhì)
二氧化硅俗名硅石，化學(xué)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(gòu)成了各種礦物和巖石。硅石以晶體和無(wú)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(wú)色透明，有玻璃光澤， 性硬， 稱(chēng)為晶石。含有微量雜質(zhì)而呈現(xiàn)不同顏色的結(jié)晶即為水晶， 含有二氧化錳的，稱(chēng)為藍(lán)寶石;含有碳質(zhì)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(jiàn)的砂子是混有較多雜質(zhì)的硅石。自然界還有無(wú)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(xué)性質(zhì)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(qiáng)堿或某些金屬的碳酸鹽在高溫下共熔時(shí)會(huì)生成硅酸鹽。把SiO2 在高溫狀態(tài)下熔化(熔點(diǎn)約1 600℃)， 然后讓熔液冷卻， 隨著溫度降低， 這時(shí)熔液變得越來(lái)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(guò)紫外線。因此， 石英玻璃用來(lái)制造汞蒸氣紫外線燈及某些用紫外線的光學(xué)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(xué)反應(yīng)
化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。不跟水反應(yīng)。是酸性氧化物，不跟一般酸反應(yīng)。氣態(tài)氟化氫跟二氧化硅反應(yīng)生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的濃強(qiáng)堿溶液或熔化的堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應(yīng)生成硅酸鹽。用于制造石英玻璃、光學(xué)儀器、化學(xué)器皿、普通玻璃、耐火材料、光導(dǎo)纖維，陶瓷等。二氧化硅的性質(zhì)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(jiàn)的濃磷酸（或者說(shuō)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(zhì)，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(yīng)，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(jié)構(gòu)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(jié)晶率低到可以被忽略。盡管熔融石英不是長(zhǎng)范圍有序，但它卻表現(xiàn)出短的有序結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)可認(rèn)為是4個(gè)氧原子位于四面體的頂點(diǎn)上。多面體中心是一個(gè)硅原子。
這樣，每4個(gè)氧原子近似共價(jià)鍵合到硅原子，滿(mǎn)足了硅的化合價(jià)外殼。如果每個(gè)氧原子是兩個(gè)多面體的一部分，則氧的化合價(jià)也被滿(mǎn)足，結(jié)果就成了稱(chēng)為石英的規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。
在熔融石英中，某些氧原子，成為氧橋位，與兩個(gè)硅原子鍵合。某些氧原子沒(méi)有氧橋，只和一個(gè)硅原子鍵合。
可以認(rèn)為熱生長(zhǎng)二氧化硅主要是由任意方向的多面體網(wǎng)絡(luò)組成的。與無(wú)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(wú)氧橋的比率遠(yuǎn)大于濕氧氧化層。
分子結(jié)構(gòu)
SiO2晶體有多種晶型，其基本結(jié)構(gòu)單元是四面體，每個(gè)Si周?chē)Y(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四個(gè)頂角；
最小環(huán)上有6個(gè)硅原子和六個(gè)氧原子。
許多這樣的四面體又通過(guò)頂角的O相連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，即每個(gè)O與2個(gè)Si相結(jié)合。
實(shí)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(jié)構(gòu)的晶體。
因此，通常用SiO2來(lái)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(gòu)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(gè)氧原子位于正四面體的四個(gè)頂角上，許多個(gè)這樣的四面體又通過(guò)頂角的氧原子相連，每個(gè)氧原子為兩個(gè)四面體共有，即每個(gè)氧原子與兩個(gè)硅原子相結(jié)合。二氧化硅的最簡(jiǎn)式是SiO2，但SiO2不代表一個(gè)簡(jiǎn)單分子，僅表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個(gè)數(shù)之比。
二氧化硅的微觀結(jié)構(gòu)
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(guò)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(xué)儀器和工藝品。 二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的重要原料。
一般較純凈的石英，可用來(lái)制造石英玻璃。石英玻璃膨脹系數(shù)很小，相當(dāng)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(lái)制造耐高溫的化學(xué)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(dǎo)纖維、電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學(xué)研究的重要材料。
當(dāng)二氧化硅結(jié)晶完美時(shí)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(shí)，就組成玉髓、燧石、次生石英巖。物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)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(gè)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(chēng)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(jié)劑、消泡劑、增稠劑、助濾劑、澄清劑。我國(guó)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(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(shí)也會(huì)對(duì)人體造成危害。二氧化硅的粉塵極細(xì)，比表面積達(dá)到100m2/g以上可以懸浮在空氣中，如果人長(zhǎng)期吸入含有二氧化硅的粉塵，就會(huì)患硅肺?。ㄒ蚬枧f稱(chēng)為矽，硅肺舊稱(chēng)為矽肺）。
經(jīng)口攝取的二氧化硅基本上是無(wú)毒的，LD50為5000mg / kg（5g/ kg）。
然而，吸入細(xì)分散的結(jié)晶二氧化硅粉塵可能導(dǎo)致矽肺病，支氣管炎或癌癥，因?yàn)榛覊m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(jié)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(yù)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(shè)定為從250 μg/m3下降至50 μg/m3。