View
118
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
CUPRINS
1. INTRODUCERE……………………………………………………………..2
2. METODE DE OBŢINERE…………………………………………………...3
a) Obtinerea siliciului…………………………………………………………………3
b) Obţinerea oxigenului……………………………………………………………….4
3. PROPRIETĂŢI………………………………………………………………..5
4. ÎNTREBUINŢĂRI…………………………………………………………….9
5. EFECTELE ASUPRA SĂNĂTĂŢII…………………………………………9
6. BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………..12
DIOXIDUL DE SILICIU (SiO2)
1. INTRODUCERE
Compusul chimic dioxid de siliciu, cunoscut sub numele de siliciu (din latină silex),
este un oxid de siliciu cu formula chimică SiO2.
Acesta a fost cunoscut pentru duritatea sa încă din
antichitate. Siliciul este cel mai frecvent întâlnit în
natură ca nisip de cuarţ, argilă, granit, roci, etc.
Acesta este folosit ca umplere pentru vopsea
şi cauciuc, în construcţii şi în pregătirea de alte
substanţe (carbură de siliciu).
Cuarţul topit este amorf, este utilizat în industria chimică şi aparate optice.
Deoarece are un mic coeficient de dilatare termică, ea rezistă schimbării bruşte de
temperatură. Spre deosebire de sticlă, acesta nu absoarbe raze ultraviolete si lumină
infraroşie.
În sticla de SiO2, oxigenul prezintă în raport cu
siliciul o coordinare 4, foarte stabilă. Poliedrele de
coordinare corespunzătoare sunt tetraedele SiO4, care
se interconectează prin vârfuri.
La introducere în sticlă de SiO2 a unor oxizi
alcalini, o parte din punţile Si-O-Si se rup, apărând o
serie de formaţiuni având compoziţie chimică şi
geometrie diferite. Ele se constituie din entităţi
structurale de tip Qn, având forma Si(Op)n(Onp)4-n, în
care Op reprezintă un atom de oxigen puntat, iar Onp -
un atom de oxigen nepuntat. Dimensiunea entităţilor
structurale Qn sunt sub-nanometrice (sub 1 nm).
2
2. METODE DE OBŢINERE
Dioxidul de siliciu se obţine prin reacţia de combinare dintre oxigen şi siliciu. Se
formează atunci când siliciul este expus la oxigen sau aer.
Si + O2 = SiO2
a) Obtinerea siliciului
Dioxidul de siliciu, SiO2 se reduce relativ uşor, prin încălzire, la temperatură ridicată,
cu diferiţi agenţi reducători. Pe această cale se obţine însă un siliciu impur, din cauza
marei tendinţe acestui element de a se combina cu agentul reducător sau cu impurităţi
întâmplătoare aflate în materialele utilizate.
SiO2 se reduce cu pulbere de magneziu metalic. Reacţia este puternic exotermă:
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
După răcire se dizolvă MgO în HCl. Rămâne insolubilă o formă de siliciu amorf,
brun, impurificat cu MgSi.
SiO2 poate fi redus în mod similar cu o pulbere de aluminiu. Siliciul format se
dizolvă în excesul de aluminiu topit, din care cristalizează la răcire. La dizolvarea
excesului de aluminiu în HCl, se obţin cristale de Si de culoare închisă, imurificat cu
aluminiu.
3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3
Procesul industrial pentru obţinerea siliciului brut, prin reducerea SiO2 cu
cărbune, foloseşte un cuptor electric cu electrozi de grafit. Se obţine astfel siliciul
impurificat, sub forma de bucăţi mari, compacte, cu structură cristalină vizibilă. Într-o
variantă a accestui procedeu se adaugă fier obţinându-se un aliaj, ferosiliciu cu 40-
90% Si. Ferosiliciul se foloseşte la obţinerea de fonte silicioase cu 12-17% Si, din
care se toarnă aparate rezistente la acizi, folosite în industria chimică.
Siliciuul pur. Se transformă siliciul brut sau ferosiliciul, în tetraclorura de siliciul
sau în triclor silan. Aceste substanţe fiind lichide cu puncte de fierbere scăzute, se
purifică prin distilarea fracţională, apoi se reduc hidrogenul la trecerea prin tuburi
încălzite sau peste un filament metalic incandescent:
SiCl4 + 2H2 = Si +4HCl
3
Siliciul super-pur aşa cum este cerut în industria semiconductorilor se obţine din
siliciul pur prin metoda topirii zonale. Prin acest procedeu impurităţile se adună într-o
extremitate a vergelei de siliciu supusă tratamentului, marginile se îndepărtează.
b) Obţinerea oxigenului
Electroliza apei. Electroliza este proprietatea unor substanţe de a se descompune
cu ajutorul curentului electric, electroliza apei se face introducând în apă o bază, sare
sau un acid, deci apa trebuie să fie acidă, alcalină sau sărată. Prin apa pură nu trece
curentul electric. Instalaţia folosită pentru electroliză se numeşte electrizor Colman.
Instalaţia de electroliză a apei este formată din:
- Vas în care are loc electroliza, numit vas electrolit sau electrolizor;
- Soluţie conductoare de elctricitate, numit electrolit;
- Doi electrozi din grafit care au denumiri speciale: anod sau electrod pozitiv şi
catod sau electrod negativ.
După încheierea circuitului, la catod se obţine hidrogen, iar la anod se obţine
oxigen.
Descompunerea substanţelor care conţin oxigen:
2H2O2 = 2H2O +O2
2HgO = 2Hg + O2
KClO3 =2KCl +3O2
Pentru descompunerea acestor substanţe se utilizează dioxidul de mangan, MnO2,
care are rol de catalizator. Catalizatorii sunt substanţe cae influenţează o reacţie chimică,
dar nu participă la reacţie.
Fluorul reacţionează cu dioxidul de siliciu pentru a forma SiF4 şi O2; cu alte gaze
(Cl2, Br2, I2) reacţionează mult mai uşor.
Dioxidul de siliciu se dizolvă în concentrat alcalin la cald sau hidroxid topit:
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
Dioxidul de siliciu reacţionează cu oxizi metalici (exp: Na2O, K2O, PbO, ZnO sau
amestecuri de oxizi cu formare de silicaţi).
2Na2O + SiO2 → Na4SiO4
Na2O +SiO2 →Na2SiO3
(0.25-0.8)Na2O + SiO2 → sticlă
4
3. PROPRIETĂŢI
Fizice şi chimice:
Siliciul nu conduce curentul electric, deoarece nu are electroni liberi în reţea. Prin
încălzire sau prin bombardare cu particule (neutroni, protoni), el devinebun conductor de
electricitate.
Siliciul este un element stabil. Reacţionează numai în condiţii de lucru energice.
- Nu reacţionează cu oxigenul din aer la temperatura obişnuită dar la temperatură
ridicată formează SiO2, care acoperă cu un strat protector suprafaţa siliciului;
- La temperatura obişnuită reacţionează cu florul formând tetrafluorura de siliciu:
Si + 2F2 = SiF4
- La temperatură ridicată reacţionează cu clorul formând tetraclorura de siliciu,
SiCl4, şi cu azotul, formând azotura de sodiu;
- Nu reacţionează cu acizi: HNO3, HCl, H2SO4;
- Reacţionează cu hidroxidul de sodiu conducând la silicat de sodiu, Na2SiO3.
Formula moleculară SiO2
Masa molară 60.08 g*mol-1
Extract de masă 59.966755777 g*mol-1
Aspect Cristale transparente
Densitate 2.648 g*cm-3
Punct de topire 1600-1725 0C
Punct de fierbere 2230 0C
Solubilitate în apă 0.079 L*g-1
Structura
În marea majoritate a silicaţilor, atomul de Si prezintă coordonare tetraedrica, cu
patru atomi de oxigen în jurul unui atom Si central. Exemplul cel mai frecvent este văzut
în forma cristalină cuarţ de siliciu SiO2.
Singura formă stabilă în condiţii normale este α-cuarţ şi acesta este forma în care
dioxidul de siliciu cristalin este intâlnit. Impurităţile de natură cristalină α-cuarţ poate da
naştere la culori
5
În cristal fiecare atom de Si, pune în
comun cei 4 electroni de valenţă cu alţi
atomi de Si, care se aşează tetraedic în jurul
său, formându-se covalenţe.
SiO2 este format prin legături puternice,
legături covalente şi are o structură bine
definită: patru atomi de oxigen sunt în
colţurile unui tetraedru în jurul unui atom de
siliciu central:
Unghiul Si-O-Si este de aproximativ 145 grade, dar poate
varia de la aproximativ 100 la 170 grade, cu foarte puţin
schimbări. Rotaţia în jurul axei este complet liberă.
Cristale de
cuarţ
6
Forme cristaline de SiO2
FORMĂ CRISTAL SIMETRIC NOTE FORMĂ
α-cuarţ romboedric (trigonal)
lanţuri elicoidal face cristale singur individ
optic active; converteşte α-cuarţ
pentru β-cuarţ la 846 K
β-cuarţ hexagonal
strâns legate de α-cuarţ (cu un unghi Si-O-Si
de 155 °) şi optic active; converteşte β-
cuarţ pentru β-tridymite la 1140 K
α-tridymite orthorhombicFormă
metastabile subpresiune normală
β-tridymite hexagonal
strâns legate de α-tridymite; converteşte
β-tridymite la β-cristobalit la 2010 K
α-cristobalit tetragonalformă metastabile sub
presiune normală
β-cristobalit cubstrâns legate de α-
cristobalit; se topeşte la 1978 K
faujasite cub
Sodalit cuşti conectate prin prisme
hexagonale, 12-membered deschidere inel porilor;. structura
faujasite
7
melanophlogite Cubi sau tetragonal
Si 5 O 10, Si 6 O 12 inele; mineral găsit
întotdeauna cu hidrocarburi în spaţiile interstiţiale-o clathrasil
keatite tetragonal
Si 5 O 10, O 14 si 4, Si 8 O 16 inele; sintetizat
din siliciu sticloşi şi alcaline la 600-900K şi
40 - 400 MPa
moganite monoclinicSi 4 O 8 şi Si 6 O 12
inele
coesite monoclinicSi 4 O 8 şi Si 8 O 16 inele, 900 K şi 3 - 3.5
GPa
stishovite Tetragonal
Una din cea mai densa (împreună cu seifertite) polimorfilor de silice;
rutil , cum ar fi cu 6 ori Si coordonate; 7.5 - 8.5
GPa
poststishovite ortorombic -
8
fibros ortorombicca SIS 2 constând din marginea lanţuri de
partajare
seifertite ortorombic
Una din cea mai densă (împreună cu
stishovite) polimorfilor de silice; este produs la presiuni mai mare de
40 GPa
4. ÎNTREBUINŢĂRI
Siliciul se utilizează în:
Industria tranzitorilor datorită proprietăţilor de semiconductor;
Sub formă de aliaje (feroiliciul) cu proprietăţi anticorozive;
Sub formă de cuarţ pentru confecţionarea lentilelor şi prismelor aparatelor optice;
Sub formă de silicaţi în industria materialelor de construcţii: ciment, ceramică,
porţelan şi sticlă.
obţinerea unor oţeluri ( de exemplu: oţel obişnuit, oţel-siliciu folosit in
transformatoarele electrice, fierul dur rezistent la coroziune, din care se fabrică
echipamentele industriale care vin in contact cu substanţele chimice corosive).
5. EFECTELE ASUPRA SĂNĂTĂŢII
Inhalarea de praf fin de siliciu cristalin, în cantităţi foarte mici de-a lungul
timpului poate duce la silicoză, bronşită sau cancer; dacă praful se depune în mod
continuu în plămâni, se vor irita, va reduce capacităţile pulmonare. Acest efect poate crea
un risc profesional pentru persoanele care lucrează cu produse care conţin siliciu cristalin
sub formă de praf. Copii, astmaticii de orice vârstă şi persoanele în vârstă care suferă de
alergii pot fi afectaţi într-un timp mult mai mic, deoarece au o capacitate redusă
pulmonar. Dioxidul de siliciu amorf provoacă afecţiuni pulmonare ireversibile în unele
cazuri.
9
SILICOZA
Silicoza este o pneumoconioză colagenă cauzată de inhalarea îndelungată a
pulberilor cu conţinut semnificativ de dioxid de siliciu liber cristalin. În Romania
reprezintă încă principala cauză de îmbolnăvire profesională.
Locuri de muncă şi profesiuni expuse
- Mineri, ertificieri, vagonetari din minele feroase şi neferoase, cărbuni, silicaţi;
- Muncitori de la prelucrarea minereurilor, prospecţiuni geologice, cariere de
materiale silicoase (cuarţ, granit, gresie);
- Construcţii de tuneluri, căi ferate, hidrocentrale, drumuri;
- Construcţia, repararea, demolarea cuptoarelor căptuşite cu cărămizi refractare
acide, semiacide;
- Metalurgie şi construcţii de maşini;
- Industria sticlei, porţelanului şi faianţei;
- Industria care prelucrează mecanic rocile cuarţoase (spărgători, cioplitori în piatră
şi marmură);
- Industria vopselurilor şi a materialelor plastice, industria cosmetică (fabricarea
făinii de siliciu ca aditiv).
Factori favorizanţi
- Factori specifici ai organismului uman;
- Factori datoraţi stilului de viaţă;
- Factori specifici locului de muncă;
10
- Factori legaţi de sarcinile profesionale şi organizarea muncii.
Durata expunerii
Timpul de expunere = durata de la începutulpână la încetarea expunerii
profesionale la pulberi silicogene, coincide cu durata efectiv lucrată în mediul silicogen.
Timpul de retenţie = durata de la începutul expunerii profesionale la pulberi
silicogene până în momentul examinării.
Timpul de latentă = durata de la începutul expunerii profesionale până la stabilirea
diagnosticului de pneumoconioză stadiul I.
Complicaţii
- Infecţioase – infecţii respiratorii nespecifice şi TBC;
- Bronşită cronică;
- Emfizemul pulmonar;
- Pneumotorax spontan;
- Insuficienţă pulmonară;
- Cord pulmonar cronic secundar HTP;
- Cancer pulmonar.
Prevenire
- Măsuri tehnico-organizatorice;
- Măsuri medicale.
11
6. BIBLIOGRAFIE
http://www.piezomaterials.com/Quartz-SiO2.htm
http://www.the-piedpiper.co.uk/th13%28a%29.htm
http://www.remediu.ro/afectiuni/detalii/217/silicoza
12
Recommended