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二氧化硅
鎖定
二氧化硅,是一種無機化合物,化學式為SiO2,硅原子和氧原子長程有序排列形成晶態二氧化硅,短程有序或長程無序排列形成非晶態二氧化硅。
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二氧化硅晶體中,硅原子位於正四面體的中心,四個氧原子位於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。
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二氧化硅簡介
此外,高温時二氧化硅能被焦炭、鎂等還原。常温時強鹼溶液與SiO2會緩慢反應生成硅酸鹽,故貯存強鹼溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞(玻璃中含SiO2),否則會生成有黏性的硅酸鈉Na2SiO3,使瓶塞和瓶口黏結在一起。由於SiO2能與氫氟酸反應,因此不能用玻璃容器盛放氫氟酸。
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二氧化硅理化性質
二氧化硅物理性質
晶態二氧化硅 | |
密度 | 2.2 g/cm3 |
熔點 | 1723℃ |
沸點 | 2230℃ |
折射率 | 1.6 |
受熱時的變化 | 與強鹼在加熱時熔化,生成硅酸鹽 |
溶解度 | 不溶於水,能與HF作用生成氣態SiF4 |
二氧化硅化學性質
常見的濃磷酸(或者説焦磷酸)在高温下即可腐蝕二氧化硅,生成雜多酸,高温下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅,鑑於此性質,硼酸鹽可以用於陶瓷燒製中的助熔劑,除此之外氟化氫也可以使二氧化硅溶解,生成易溶於水的氟硅酸。
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二氧化硅反應方程式
二氧化硅化學結構
硅和碳的性質相似,但它們氧化物的性質卻有很大差異。CO2是分子晶體,而SiO2是原子晶體。SiO2是以硅氧四面體為基本結構形成的立體網狀結構,在晶體結構中,硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵,Si原子處在正四面體中心,O原子位於四面體頂點。
二氧化硅自然分類
二氧化硅陸源礦物
陸源礦物即碎屑石英顆粒。有些碎屑石英顆粒含有包裹體,其包裏體可以分為氣液包裏體和礦物包裹體兩類。礦物包裹體又可根據礦物的晶形分為粒狀、針狀和片狀礦物等。包裹體的類型與石英的來源有關。
一般地説,氣液包裹體多者(乳狀石英)幾乎都是來自石英脈;片岩及其他高級變質岩中的石英少見氣液包裹體;火山岩中的石英常清澈如水,很少含包裹體;而具金紅石針狀包裹體者多來自花崗岩。但是,由於包裹體在母巖中的產狀比較複雜,顆粒非常細小,鑑定又難,故其應用頗受限制。
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根據石英的內部結構,又可將它分為單晶石英和多晶石英(又稱復晶石英)。單晶石英指的是由單個晶體所組成的顆粒,而多晶石英指的是兩個或更多個晶體的集合體,包括來自火成岩、變質岩和沉積岩的顆粒。一般來説,多晶石英的顆粒都比較大,且多晶形式是比較不穩定的。
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二氧化硅自生礦物
Ⅰ.蛋白石
蛋白石是直接從水溶液析出SiO2,膠體脱水而成的,因而是非晶質的,含水量很高(可達10%)。在薄片中,蛋白石無色透明,具負高突起。由於色散效應,在蛋白石與樹膠或石英接觸處顯黃色。無解理,正交鏡下全消光。
蛋白石易與火山玻璃碎屑相混,但玻屑具特殊外形,其折光率不會低於1.490。蛋白石也容易和方沸石相混,但方沸石具有解理。
Ⅱ.玉髓
玉髓是隱晶質的SiO2礦物,是由蛋白石結晶而成的,故其是介於蛋白石和石英之間的過渡類型。在薄片中,玉髓無色透明,負低突起。正交鏡下可見纖維狀晶體,呈花瓣或扇狀集合體,轉動物台,玉髓纖維依次達到消光位,消光影呈波浪狀移動,這種消光特點稱扇狀消光。有時玉髓為球狀集合體,十字消光。Ⅰ級灰干涉色,主要為平行消光。
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福克曾提出要特別注意碳酸鹽巖中一種自生玉髓的類型,它可以用以判斷沉積環境和成巖環境。福克將這類玉髓分為負延性玉髓(負玉髓)、正延性玉髓(正玉髓)、水玉髓和斑狀玉髓。前者為淡水環境沉積或交代的產物,一般玉髓多屬此類。後三種玉髓可能是在蒸發環境中SiO2直接沉澱的,或是SiO2交代蒸發礦物形成的。
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Ⅲ.石英
二氧化硅人工製備
二氧化硅非晶態二氧化硅
工序 | 方法 |
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製備二氧化硅質的凝膠 | |
造粒工序 | |
燒結工序 | |
清洗工序 | |
乾燥工序 |
二氧化硅晶態二氧化硅
二氧化硅物質用途
二氧化硅食用標準
FAO/WHO(2001)規定最大使用量用於乳粉、可可粉、加糖可可粉、食用納脂、可可脂,用量10mg/kg;奶油脂為1g/kg;塗敷用蔗糖粉和葡萄糖粉、湯粉、湯塊15g/kg;美國FDA規定本品作為抗結劑最高限量為2%。
我國GB 2760–2011《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》規定將其用於蛋粉、乳粉、可可製品、脱水蛋白製品、糖粉、植脂性粉末、固體飲料、孕產婦配方食品,最大使用量為15g/kg;香辛料類、固體複合調味料最大使用量為20g/kg;豆製品加工最大使用量0.025g/kg。
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除以上之外,我國還有磷酸三鈣做抗結劑,常用於乳粉和奶油粉,最大使用量10.0g/kg;小麥粉,最大使用量0.03g/kg;複合調味料,最大使用量20.0g/kg;固體飲料,最大使用量8.0g/kg;油炸小食品,最大使用量2.0g/kg。
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二氧化硅健康危害
硅肺是一種職業病,它的發生及嚴重程度,取決於空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化硅的含量,以及與人的接觸時間等。長期在二氧化硅粉塵含量較高的地方,如採礦、翻砂、噴砂、製陶瓷、制耐火材料等場所工作的人易患此病。
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- 參考資料
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- 1. 大連理工大學無機化學教研室 北京:高等教育出版社 無機化學(第五版)2006.5:432
- 2. 秦浩正,張長江.中學生學習辭典 化學卷:世界圖書上海出版公司,2012.09:259-260
- 3. 植田稔晃 合成非晶態二氧化硅粉末及其製造方法[P].日本:CN103249674B 2015.3.11
- 4. 龍英才 孫堯俊等 疏水晶態二氧化硅分子篩的製備[P]. 中國:CN1072654A 1993.6.2
- 5. 劉林玉.晶體光學與沉積岩岩石學實驗教程:地質出版社,2013.08:14-16
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- 11. 石英砂 .化源網[引用日期2022-06-14]
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