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)。它自古便為人所知。 二氧化硅在自然界中最常見的是石英,以及在各種生物體中。在世界的許多地方,二氧化硅是砂的主要成分。二氧化硅是最復雜和最豐富的材料家族之一,既是多種礦物質,又是被合成生產的。應用范圍從結構材料到微電子學到食品工業(yè)中使用的成分。
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。
化學性質
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(fā)生反應。通常只能與堿性氧化物反應生成鹽。氫氟酸(HF)和濃熱的磷酸(H3PO4)是可以與之反應的酸。
其與氫氟酸反應生成氟化硅的化學方程式為:
SiO2+4HF→SiF4+2H2O
通常只能與堿性氧化物反應生成鹽。例如:
SiO2+CaO→CaSiO3
與強堿反應生成鹽。例如:
SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
空氣中若存在一定濃度的二氧化硅粉粒時,會經人類呼吸進入肺部,引發(fā)呼吸器官的相關疾病,例如塵肺癥。
用途
二氧化硅于食品工業(yè)用作抗結劑,屬食品添加劑之列。膠態(tài),沉淀或熱解法氣相二氧化硅是食品生產中的常見添加劑。 它主要用作粉狀食品(例如香料和非乳制咖啡奶精)中的流動劑或防結塊劑,或制成片劑的粉劑。它可以在吸濕性應用中吸收水。 膠態(tài)二氧化硅用作葡萄酒,啤酒和果汁的澄清劑,E編號為E551。
健康危害
經口攝取的二氧化硅基本上是無毒的,LD50為5000mg / kg,因此完全可以用于食品。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。