Oxid křemičitý
Oxid křemičitý (SiO2) tvoří nejméně 22 fází a dvanáct polymorfních forem. Díky této rozmanitosti a velkému praktickému významu patří tento oxid mezi nejstudovanější látky.
| Oxid křemičitý | |
|---|---|
 | |
| Obecné | |
| Systematický název | Oxid křemičitý |
| Triviální název | křemen, křemenný písek, silika |
| Latinský název | Oxidum silicii |
| Anglický název | Silicon dioxide |
| Německý název | Siliciumdioxid |
| Sumární vzorec | SiO2 |
| Vzhled | bílá práškovitá nebo krystalická látka |
| Identifikace | |
| Registrační číslo CAS | 7631-86-9 |
| EC-no (EINECS/ELINCS/NLP) | 231-545-4 |
| PubChem | 24261 |
| SMILES | O=[Si]=O |
| InChI | 1S/O2Si/c1-3-2 |
| Číslo RTECS | VV7565000 |
| Vlastnosti | |
| Molární hmotnost | 60,085 g/mol |
| Teplota změny krystalové modifikace | 10,5 °C (křemen, α → β) |
| Teplota skelného přechodu | 1 150 °C (přibližně, amorfní) |
| Hustota | 2,33 g/cm3 (kristobalit) 2,651 g/cm3 (křemen, 0 °C) 2,648 g/cm3 (křemen, 20 °C) 2,264 g/cm3 (tridymit) 2,2 g/cm3 (amorfní, 20 °C) |
| Index lomu | kristobalit nDř= 1,487 nDm= 1,484 křemen (20 °C) nDř= 1,544 220 2 nDm= 1,553 32 tridymit nDa= 1,475 nDb= 1,476 nDc= 1,478 amorfní (20 °C) nD= 1,458 86 |
| Tvrdost | 6,5 (kristobalit) 7 (křemen) 7 (tridymit) |
| Rozpustnost ve vodě | 0,016 g/100 ml (křemen) |
| Relativní permitivita εr | 3,75 (amorfní, 20 °C) |
| Součinitel tepelné vodivosti | křemen 5,88 W/(m*K) (38 °C, hrana a) 11,06 W/(m*K) (38 °C, hrana c) 5,19 W/(m*K) (93 °C, hrana a) 9,34 W/(m*K) (93 °C, hrana c) 4,50 W/(m*K) (149 °C, hrana a) 8,99 W/(m*K) (149 °C, hrana c) amorfní 0,84 W/(m*K) (−150 °C) 1,05 W/(m*K) (−100 °C) 1,21 W/(m*K) (−50 °C) 1,32 W/(m*K) (0 °C) 1,34 W/(m*K) (18 °C) 1,41 W/(m*K) (50 °C) 1,48 W/(m*K) (100 °C) |
| Součinitel délkové roztažnosti | 5,5×10−7 K−1 (amorfní) |
| Měrný elektrický odpor | 1015–1018 Ώm (amorfní) |
| Struktura | |
| Krystalová struktura | čtverečná (α-kristobalit) krychlová (β-kristobalit) šesterečná (α-křemen) šesterečná (β-křemen) jednoklonná (α-tridymit) kosočtverečná (α'-tridymit) šesterečná (β-tridymit) amorfní |
| Hrana krystalové mřížky | α-kristobalit (při 30 °C) a= 491,36 pm; c= 692,62 pm β-kristobalit (při 405 °C) a= 713,82 pm α-křemen (při 25 °C) a= 491,36 pm; c= 540,51 pm β-křemen (při 575 °C) a= 499,9 pm; c= 545,92 pm α-tridymit (při 20 °C) a= 1 854 pm; b= 501 pm; c= 2 579 pm; β= 117° 40´ α'-tridymit (při 220 °C) a= 874 pm; b= 504 pm; c= 824 pm β-tridymit (při 405 °C) a= 504,63 pm; c= 825,63 pm |
| Tvar molekuly | tetraedr |
| Termodynamické vlastnosti | |
| Standardní slučovací entalpie ΔHf° | −909,91 kJ/mol (kristobalit) −911,38 kJ/mol (křemen) −909,49 kJ/mol (tridymit) −903,92 kJ/mol (amorfní) |
| Entalpie tání ΔHt | 128 J/g (kristobalit) 142 J/g (křemen) |
| Standardní molární entropie S° | 42,7 JK−1mol−1 (kristobalit) 41,85 JK−1mol−1 (křemen) 43,5 JK−1mol−1 (tridymit) 46,9 JK−1mol−1 (amorfní) |
| Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf° | −855,87 kJ/mol (kristobalit) −857,08 kJ/mol (křemen) −855,70 kJ/mol (tridymit) −851,14 kJ/mol (amorfní) |
| Izobarické měrné teplo cp | 0,735 7 JK−1g−1 (kristobalit) 0,739 9 JK−1g−1 (křemen) 0,742 7 JK−1g−1 (tridymit) 0,738 JK−1g−1 (amorfní) |
| Bezpečnost | |
| R-věty | žádné nejsou |
| S-věty | S22 |
| NFPA 704 |  0
0
0
|
| Teplota vznícení | nehořlavý |
| Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). | |
| Některá data mohou pocházet z datové položky. | |
Výskyt
V přírodě jej nacházíme nejčastěji ve formě α-křemene, který je součástí např. žuly a pískovce. Modifikace oxidu křemičitého se převážně skládají z tetraedrů SiO4, které jsou propojeny přes vrchol. V termodynamicky nejstabilnější formě (za laboratorní teploty) – α-křemenu – tvoří tyto tetraedry vzájemně spojené šroubovice.
Chemické vlastnosti
Oxid křemičitý je velmi odolný vůči kyselinám s výjimkou kyseliny fluorovodíkové, se kterou reaguje takto: SiO2 + 4 HF → SiF4 + 2 H2O Horké koncentrované alkalické hydroxidy jej pomalu rozpouštějí za vzniku alkalických křemičitanů, v taveninách je tento proces podstatně rychlejší. Za zvýšené teploty (nad 1 000 °C) reaguje i s vodíkem a uhlíkem. S fluorem reaguje za vzniku fluoridu křemičitého a kyslíku.
Reakce s oxidy kovů a polokovů jsou velmi významné ve sklářském a keramickém průmyslu.
Využití
V průmyslu se používá převážně α-křemen, křemenné sklo, silikagel, kouřový křemen a diatomit.
Piezoelektrických vlastností křemene se využívá v krystalových oscilátorech a filtrech v převodnících a snímačích. Protože se v přírodě nenachází dostatečně čistý křemen, musí se připravovat hydrotermálními metodami.
Oxid křemičitý také dále najdeme v čisté podobě v jádru optických kabelů.
Křemenné sklo je výjimečně odolné vůči teplotním šokům a má velmi malou hodnotu koeficientu tepelné roztažnosti, ovšem na rozdíl od běžného skla má vysokou teplotu měknutí, což ztěžuje jeho zpracování. Používá se jako kvalitní laboratorní sklo (např. pro kyvety pro UV a VIS spektrofotometrii).
Silikagel se díky vysokému povrchu používá jako sušidlo, sorbent, nosič katalyzátorů atd.
V potravinářství se používá pod označením E 551.
Literatura
- VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.
