ซิลิคอนออกไซด์ (SIO2): โครงสร้างคุณสมบัติการใช้การได้รับ - กายภาพ - 2025

ออกไซด์ซิลิกอนเป็นอนินทรีที่เป็นของแข็งที่เกิดขึ้นจากพันธะของอะตอมซิลิกอนและสองออกซิเจน สูตรทางเคมีของมันคือ SiO 2 สารประกอบธรรมชาตินี้เรียกอีกอย่างว่าซิลิกาหรือซิลิคอนไดออกไซด์

SiO ₂เป็นแร่ธาตุที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในเปลือกโลกเนื่องจากทรายประกอบด้วยซิลิกา ซิลิกาอาจเป็นผลึกหรืออสัณฐานได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของมัน ไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายในด่างและกรดไฮโดรฟลูออริก HF

ทรายเป็นแหล่งของซิลิกอนไดออกไซด์ SiO ₂ . ರವಿಮುಂ. ที่มา: Wikimedia Commons

SiO ₂ยังมีอยู่ในโครงสร้างของพืชแบคทีเรียและเชื้อราบางชนิด นอกจากนี้ในโครงกระดูกของสิ่งมีชีวิตในทะเล นอกจากทรายแล้วยังมีหินประเภทอื่น ๆ ที่ทำจากซิลิกา

ซิลิกาถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อตอบสนองความหลากหลายของฟังก์ชัน การใช้งานที่แพร่หลายมากที่สุดคือวัสดุกรองของเหลวเช่นน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเครื่องดื่มเช่นเบียร์ไวน์รวมถึงน้ำผลไม้

แต่มันมีโปรแกรมอื่น ๆ อีกมากมาย หนึ่งในสิ่งที่มีประโยชน์และสำคัญที่สุดคือในการผลิตแว่นตาที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งทำให้สามารถสร้าง“ โครงกระดูก” ที่เซลล์กระดูกเจริญเติบโตเพื่อผลิตชิ้นกระดูกที่ขาดหายไปเนื่องจากอุบัติเหตุหรือโรค

โครงสร้าง

ซิลิคอนไดออกไซด์ SiO ₂เป็นโมเลกุลสามอะตอมซึ่งอะตอมของซิลิกอนถูกจับกับอะตอมออกซิเจนที่มีพันธะโควาเลนต์สองตัว

โครงสร้างทางเคมีของ SiO ₂โมเลกุล Grasso Luigi ที่มา: Wikimedia Commons

หน่วยโครงสร้างของซิลิกาที่เป็นของแข็งเช่นนี้คือจัตุรมุขที่อะตอมของซิลิกอนหนึ่งอะตอมล้อมรอบด้วยออกซิเจน 4 อะตอม

หน่วยโครงสร้างของซิลิกาที่เป็นของแข็ง: สีเทา = ซิลิกอน, สีแดง = ออกซิเจน เบญจ - bmm 27. ที่มา: Wikimedia Commons

Tetrahedra สร้างพันธะร่วมกันโดยการแบ่งปันอะตอมออกซิเจนจากจุดยอดที่อยู่ติดกัน

นั่นคือเหตุผลที่อะตอมของซิลิกอนแบ่งออกซิเจน 4 อะตอมออกเป็นครึ่งหนึ่งและสิ่งนี้อธิบายถึงความสัมพันธ์ในสารประกอบของอะตอมซิลิกอน 1 อะตอมต่อออกซิเจน 2 อะตอม (SiO ₂ )

tetrahedra แบ่งปัน oxygens ใน SiO 2 เบญจ - bmm 27. ที่มา: Wikimedia Commons

สารประกอบ SiO ₂แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ซิลิกาผลึกและซิลิกาอสัณฐาน

สารประกอบซิลิกาผลึกมีโครงสร้างรูปแบบของซิลิกอนและออกซิเจนซ้ำ ๆ กัน

ซิลิกาผลึกมีหน่วยการทำซ้ำ Wersjęrastrowąwykonałużytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski ที่มา: Wikimedia Commons

ซิลิกาคริสตัลทั้งหมดถือได้ว่าเป็นโมเลกุลขนาดยักษ์ที่โครงตาข่ายคริสตัลมีความแข็งแรงมาก Tetrahedra สามารถเชื่อมโยงได้หลายวิธีก่อให้เกิดรูปแบบผลึกต่างๆ

ในซิลิกาอสัณฐานโครงสร้างจะถูกแนบแบบสุ่มโดยไม่ทำตามรูปแบบปกติที่กำหนดไว้ระหว่างโมเลกุลและสิ่งเหล่านี้อยู่ในความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน

ในซิลิกาอสัณฐานพันธะจะไม่ซ้ำซากหรือสม่ำเสมอ Silica.svg: * Silica.jpg: en: User: Jdrewittderivative work: Matt. ที่มา: Wikimedia Commons

ศัพท์เฉพาะ

- ซิลิคอนออกไซด์

- ซิลิคอนไดออกไซด์

-ซิลิกา

-Quartz

- ตรีมิตา

- คริสโตบาไลท์

- ไดออกโซซิเลน

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งไม่มีสีถึงเทา

ตัวอย่าง SiO บริสุทธิ์₂ . LHcheM. ที่มา: Wikimedia Commons

น้ำหนักโมเลกุล

60.084 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

1713 ºC

จุดเดือด

2230 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น

2.17-2.32 ก. / ซม. ³

การละลาย

ไม่ละลายในน้ำ ซิลิกาอสัณฐานสามารถละลายได้ในด่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามันถูกแบ่งอย่างประณีต ละลายได้ในกรดไฮโดรฟลูออริก HF

ซิลิกาอสัณฐานมีความไม่ชอบน้ำน้อยกล่าวคือมีความเกี่ยวข้องกับน้ำน้อยกว่าผลึก

คุณสมบัติทางเคมี

SiO ₂หรือซิลิกาเป็นหลักเฉื่อยกับสารส่วนใหญ่ก็จะมีปฏิกิริยาน้อยมาก

ต่อต้านการโจมตีจากคลอรีน Cl ₂โบรมีน Br ₂ไฮโดรเจน H ₂และกรดส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่าเล็กน้อย มันถูกโจมตีโดยฟลูออรีน F ₂ , HF กรดไฮโดรฟลูออริกและด่างเช่นโซเดียมคาร์บอเนต Na ₂ CO 3

SiO ₂สามารถรวมกับธาตุโลหะและออกไซด์เพื่อสร้างซิลิเกต หากซิลิกาจะละลายกับคาร์บอเนตโลหะอัลคาที่ประมาณ 1300 ° C, ซิลิเกตด่างจะได้รับและ CO ₂มีการพัฒนา

มันไม่ติดไฟ มีการนำความร้อนต่ำ

มีอยู่ในธรรมชาติ

แหล่งที่มาหลักของซิลิกาในธรรมชาติคือทราย

SiO ₂หรือซิลิกาอยู่ในรูปของผลึกสามสายพันธุ์ ได้แก่ ควอตซ์ (เสถียรที่สุด) ไตรไดไมท์และคริสโตบาไลต์ ซิลิกาในรูปแบบอสัณฐาน ได้แก่ โมรานิลและนิล โอปอลเป็นซิลิกาที่ให้ความชุ่มชื้นแบบอสัณฐาน

นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่าซิลิกาไบโอเจนิกนั่นคือสิ่งที่สร้างขึ้นโดยสิ่งมีชีวิต แหล่งที่มาของซิลิกาประเภทนี้ ได้แก่ แบคทีเรียเชื้อราไดอะตอมฟองน้ำทะเลและพืช

ส่วนที่เป็นมันวาวและแข็งของไม้ไผ่และฟางนั้นมีซิลิกาและโครงกระดูกของสิ่งมีชีวิตในทะเลบางชนิดก็มีซิลิกาในสัดส่วนที่สูงเช่นกัน อย่างไรก็ตามสิ่งที่สำคัญที่สุดคือดินเบา

ดินเบาเป็นผลิตภัณฑ์ทางธรณีวิทยาของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่สลายตัว (สาหร่าย)

ซิลิกาธรรมชาติประเภทอื่น ๆ

ในธรรมชาติยังมีพันธุ์ต่อไปนี้:

- ซิลิก้าน้ำเลี้ยงที่เป็นแก้วภูเขาไฟ

- Lechaterielites ซึ่งเป็นแก้วธรรมชาติที่เกิดจากการหลอมรวมกันของวัสดุที่เป็นซิลิเซียลภายใต้ผลกระทบของอุกกาบาต

- ซิลิกาผสมซึ่งเป็นซิลิก้าที่ให้ความร้อนกับเฟสของเหลวและทำให้เย็นลงโดยไม่ให้ตกผลึก

การได้รับ

ซิลิกาจากทรายได้มาจากเหมืองโดยตรง

เหมืองทรายในแคลิฟอร์เนีย Ruff tuff ครีมพัฟ ที่มา: Wikimedia Commons

ไดอะตอมไมท์หรือดินเบาสามารถหาได้ด้วยวิธีนี้โดยใช้รถขุดและอุปกรณ์ที่คล้ายกัน

ซิลิกาอสัณฐานจะถูกจัดเตรียมเริ่มต้นจากสารละลายของโลหะอัลคาซิลิเกต (เช่นโซเดียม Na) โดยวางตัวเป็นกลางด้วยกรดเช่นกรดซัลฟูริก H ₂ SO ₄ , กรดไฮโดรคลอ HCl หรือคาร์บอนไดออกไซด์ CO 2

ถ้า pH สุดท้ายของสารละลายเป็นกลางหรือเป็นด่างจะได้ซิลิกาที่ตกตะกอน ถ้า pH เป็นกรดจะได้ซิลิกาเจล

ซิลิกา fumed ถูกจัดทำขึ้นโดยการเผาไหม้ของสารซิลิกอนระเหยมักซิลิกอนเตตระคลอไร SiCl 4 ซิลิกาที่ตกตะกอนได้มาจากสารละลายซิลิเกตในน้ำซึ่งเติมกรดเข้าไป

ซิลิกาคอลลอยด์เป็นการกระจายอนุภาคขนาดคอลลอยด์ของซิลิกาอสัณฐานอย่างเสถียรในสารละลายในน้ำ

การประยุกต์ใช้งาน

ในการใช้งานต่างๆ

Silica หรือ SiO ₂มีฟังก์ชั่นที่หลากหลายเช่นทำหน้าที่เป็นสารขัดถูดูดซับป้องกันการจับตัวเป็นก้อนฟิลเลอร์สารให้ความชุ่มชื้นและเพื่อส่งเสริมการระงับของสารอื่น ๆ รวมถึงโหมดการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย

ใช้เป็นตัวอย่าง:

- ในการผลิตแก้วเซรามิกวัสดุทนไฟสารกัดกร่อนและแก้วน้ำ

- การเปลี่ยนสีและการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม

- ในแม่พิมพ์หล่อ

- เป็นสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อนสำหรับผงทุกชนิด

- เป็นผู้หมิ่นประมาท

- เพื่อกรองของเหลวเช่นตัวทำละลายซักแห้งน้ำในสระว่ายน้ำและน้ำเสียจากเทศบาลและอุตสาหกรรม

- ในการผลิตฉนวนกันความร้อนอิฐทนไฟและวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ทนไฟและกรด

- เป็นฟิลเลอร์ในการผลิตกระดาษและกระดาษแข็งเพื่อให้มีความทนทานมากขึ้น

- เป็นฟิลเลอร์สำหรับสีเพื่อปรับปรุงการไหลและสี

- เป็นวัสดุสำหรับขัดโลหะและไม้เนื่องจากมีคุณสมบัติในการขัดสี

- ในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ทางเคมีในโครมาโทกราฟีและเป็นสารดูดซับ

- เป็นสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อนในสูตรยาฆ่าแมลงและเคมีเกษตรเพื่อช่วยบดยาฆ่าแมลงที่มีลักษณะคล้ายข้าวเหนียวและเป็นตัวพาของสารออกฤทธิ์

- เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสนับสนุน

- เป็นฟิลเลอร์เพื่อเสริมยางสังเคราะห์และยาง

- เป็นตัวพาของเหลวในอาหารสัตว์

- ในหมึกพิมพ์

- เป็นสารดูดความชื้นและตัวดูดซับในรูปของซิลิกาเจล

- เป็นสารเติมแต่งในปูนซีเมนต์

- เหมือนทรายสัตว์เลี้ยง

- ในฉนวนสำหรับไมโครอิเล็กทรอนิกส์

- บนสวิตช์เทอร์โมออปติก

ซิลิก้าเจล เคนเป่ย. ที่มา: Wikimedia Commons

ในอุตสาหกรรมอาหาร

ซิลิกาอสัณฐานถูกรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์อาหารหลายประเภทเพื่อเป็นส่วนผสมโดยตรงแบบมัลติฟังก์ชั่นในอาหารประเภทต่างๆ ไม่ควรเกิน 2% ของอาหารสำเร็จรูป

ตัวอย่างเช่นทำหน้าที่เป็นสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน (เพื่อป้องกันไม่ให้อาหารบางชนิดติดกัน) เป็นสารคงตัวในการผลิตเบียร์เป็นสารป้องกันการตกตะกอนเพื่อกรองไวน์เบียร์และน้ำผลไม้หรือผัก

อุปกรณ์สำหรับกรองไวน์ด้วยดินเบา (SiO ₂ ) Fabio Ingrosso ที่มา: Wikimedia Commons

ทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับของเหลวในอาหารบางชนิดและเป็นส่วนประกอบของไมโครแคปซูลสำหรับน้ำมันแต่งกลิ่น

นอกจากนี้ SiO _{2 ที่}ไม่มีรูปร่างยังถูกนำไปใช้ผ่านกระบวนการพิเศษบนพื้นผิวของพลาสติกของบรรจุภัณฑ์อาหารซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกั้น

ในอุตสาหกรรมยา

มันถูกเพิ่มเป็นสารป้องกันการแข็งตัวการทำให้หนาขึ้นสารก่อเจลและเป็นสารเพิ่มปริมาณนั่นคือเป็นตัวช่วยในการจัดเตรียมยาและวิตามินต่างๆ

ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล

ใช้ในผลิตภัณฑ์หลายประเภท: ในแป้งทาหน้าอายแชโดว์อายไลเนอร์ลิปสติกบลัชออนน้ำยาล้างเครื่องสำอางผงแป้งทาเท้ายาย้อมผมและสารฟอกขาว

นอกจากนี้ในน้ำมันและเกลืออาบน้ำโฟมอาบน้ำครีมบำรุงมือและผิวกายครีมบำรุงผิวผลิตภัณฑ์ระงับกลิ่นกายครีมทาหน้าหรือมาสก์ (ยกเว้นครีมโกนหนวด) น้ำหอมโลชั่นและครีมทำความสะอาด

นอกจากนี้ในครีมเพิ่มความชุ่มชื้นในตอนกลางคืนยาทาเล็บและสีทาเล็บโลชั่นเพื่อความสดชื่นของผิวโทนเนอร์ผมยาสีฟันครีมนวดผมเจลฟอกหนังและครีม

ในการใช้งานด้านการรักษา

SiO ₂มีอยู่ในแว่นตาที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพหรือแว่นตาชีวภาพซึ่งมีลักษณะสำคัญคือสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับสิ่งแวดล้อมทางชีวภาพที่อยู่รอบตัวพวกเขาสร้างความผูกพันที่มั่นคงและยั่งยืนกับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต

วัสดุประเภทนี้ใช้ทำวัสดุทดแทนกระดูกเช่นที่หน้าเป็น "โครงกระดูก" ที่เซลล์กระดูกจะเจริญเติบโต พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีกับทั้งกระดูกและเนื้อเยื่ออ่อน

แว่นตาชีวภาพเหล่านี้จะช่วยให้กระดูกหายจากใบหน้าของผู้ที่สูญเสียไปโดยอุบัติเหตุหรือเจ็บป่วย

ความเสี่ยง

อนุภาคของซิลิกาที่ละเอียดมากสามารถกลายเป็นฝุ่นในอากาศและก่อตัวเป็นฝุ่นที่ไม่ระเบิดได้ แต่ฝุ่นนี้สามารถทำให้ผิวหนังและดวงตาระคายเคืองได้ การหายใจเข้าไปทำให้ทางเดินหายใจระคายเคือง

นอกจากนี้การสูดดมฝุ่นซิลิกาทำให้เกิดความเสียหายต่อปอดในระยะยาวเรียกว่าโรคซิลิโคซิส

อ้างอิง

1. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019) ซิลิคอนไดออกไซด์ กู้คืนจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
3. Da Silva, MR และคณะ (2017) เทคนิคการสกัดเขียว. สารดูดซับจากซิลิกา สาขาเคมีวิเคราะห์ที่ครอบคลุม กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. Ylänen, H. (บรรณาธิการ) (2018) แว่นตาที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ: วัสดุคุณสมบัติและการใช้งาน (พิมพ์ครั้งที่สอง) เอลส์ กู้คืนจาก books.google.co.th
5. Windholz, M. et al. (บรรณาธิการ) (1983) ดัชนีเมอร์ค สารานุกรมของสารเคมียาและชีวภาพ ฉบับที่สิบ. Merck & CO., Inc.
6. Mäkinen, J. และ Suni, T. (2015). เวเฟอร์ SOI ฟิล์มหนา ในคู่มือวัสดุและเทคโนโลยี MEMS จากซิลิคอน (ฉบับที่สอง) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. Sirleto, L. et al. (2553). สวิตช์เทอร์โมออปติคัล ซิลิคอนนาโนคริสตัล กู้คืนจาก sciencedirect.com.