Силицият е
Силициевият диоксид има няколко полиморфни модификации.
Най-често срещаният от тях на повърхността на земята - α-кварц - кристализира в тригонална сингония
При нормални условия силициевият диоксид най-често се среща в полиморфната модификация на α-кварц, който при температури над 573 °C обратимо се превръща в β-кварц. При по-нататъшно повишаване на температурата кварцът преминава в тридимит и кристобалит. Тези полиморфи са стабилни при високи температури и ниско налягане. При висока температура и налягане силициевият диоксид първо се превръща в коезит, а след това в стишовит (който за първи път е открит на мястото на епицентъра на ядрена експлозия). Според някои изследвания стишовитът съставлява значителна част от мантията, така че въпросът кой тип SiO2 е най-разпространен на Земята все още няма ясен отговор.
Има и аморфна модификация - кварцово стъкло.
Химични свойства
Силициевият диоксид SiO2 е киселинен оксид, който не реагира с вода.
Химически устойчив на киселини, но реагира с флуороводородна киселина:
Тези две реакции се използват широко за ецване на стъкло.
Когато SiO2 се слее с основи и основни оксиди, както и с карбонати на активни метали, се образуват силикати - соли на много слаби, неразтворими във вода силициеви киселини с обща формула xH2O ySiO2, които нямат постоянен състав (доста често в литературата се споменават не силициеви киселини, а силициева киселина, въпреки че всъщност говорим за едно и също нещо).
Например, натриев ортосиликат може да се получи:
или смесен калциев и натриев силикат:
Стъклото за прозорци е направено от Na2O·CaO·6SiO2 силикат.
Трябва да се отбележи, че повечето силикати нямат постоянен състав.От всички силикати само натриевите и калиевите силикати са разтворими във вода. Разтворите на тези силикати във вода се наричат разтворимо стъкло. Благодарение на хидролизата, тези разтвори се характеризират със силно алкална среда. Хидролизираните силикати се характеризират с образуването на не истински, а колоидни разтвори. При подкисляване на разтвори на натриеви или калиеви силикати се утаява желатинова бяла утайка от хидратирани силициеви киселини.
Основният структурен елемент както на твърдия силициев диоксид, така и на всички силикати е групата [SiO4/2], в която силициевият атом Si е заобиколен от тетраедър от четири кислородни атома О. Всеки кислороден атом е свързан с два силициеви атома. [SiO4/2] фрагментите могат да бъдат свързани един с друг по различни начини. Сред силикатите, според характера на свързването на [SiO4/2] фрагментите в тях, се разграничават островни, верижни, лентови, слоести, рамкови и др.
Синтетичният силициев диоксид се получава чрез нагряване на силиций до температура от 400-500°C в кислородна атмосфера, докато силицийът се окислява до SiO2 диоксид.
В лабораторни условия синтетичен силициев диоксид може да се получи чрез действието на киселини върху силикатни соли. Например:
силициевата киселина веднага се разлага на вода и SiO2, които се утаяват.
Естествен силициев диоксид под формата на пясък се използва там, където не се изисква висока чистота на материала.
Приложение
Силициевият диоксид се използва в производството на стъкло, керамика, абразиви, бетонови изделия, за получаване на силиций, като пълнител в производството на каучук, в производството на силициеви огнеупори, в хроматографията и др. Кварцовите кристали имат пиезоелектрични свойства и затова се използват в радиотехниката, ултразвукови инсталации и запалки.
Силициевият диоксид е основният компонент на почти всички земни скали,по-специално диатомит. Силицият и силикатите съставляват 87% от масата на литосферата.
Аморфният непорест силициев диоксид се използва в хранително-вкусовата промишленост като ексципиент E551, който предотвратява слепването и образуването на бучки, в парафармацевтичните продукти (пасти за зъби), във фармацевтичната индустрия като ексципиент (включен в повечето фармакопеи), както и като хранителна добавка или лекарство като ентеросорбент.
Изкуствено получените филми от силициев диоксид се използват като изолатор при производството на микросхеми и други електронни компоненти.
Използва се и за производство на оптични кабели. Използва се чист стопен силициев диоксид с добавяне на някои специални съставки.
Порести силициеви диоксиди
Порестите силициеви диоксиди се получават по различни методи.
Силохромът се получава чрез агрегиране на аеросил, който от своя страна се получава чрез изгаряне на силан (SiH4). Silochrome се характеризира с висока чистота, ниска механична якост. Характерният размер на специфичната повърхност е 60–120 m2/g. Използва се като сорбент в хроматографията, гумен пълнител, катализа.
Силикагелът се получава чрез изсушаване на гел от силициева киселина. В сравнение със силохрома, той има по-ниска чистота, но може да има изключително развита повърхност: до 320 m² / g.
Силициевият аерогел е приблизително 99,8% въздух и може да има плътност до 1,9 kg/m³ (само 1,5 пъти плътността на въздуха).