二氧化硅的物里化学性质
构最紧密的一种变体;斯石英则结晶成金紅石型结 构,是 SiO2的所有同质多象中硅原子具有六配位 的唯一变体。
2.化学性质
二氧化硅是酸性氧化物、硅酸的酸酐。化学性质
很稳定。不溶于水也不跟水反应,不跟一般的酸起作 用。能与氟化氢气体或氢氟酸反应生成四氟化硅气体。
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
有酸性氧化物的其它通性,高温下能与碱(强碱溶 液或熔化的碱)反应生成盐和水。常温下强碱溶液与 SiO2缓慢地作用生成相应的硅酸盐。强碱溶液能腐蚀
玻璃,故贮存强碱溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞, 若采用玻璃塞(玻璃中含SiO2),会生成有粘性的硅酸
钠,将玻璃瓶塞和瓶口粘结在一起。玻璃瓶内不能久 放浓碱液。
4. 应用
柯石英(Coesite)是SiO2 的高压同质异构体,主 要见于陨石冲击变质岩、榴辉岩和变质沉积岩。1953 年 Coes 首先人工合成了柯石英。柯石英在 300-1700 摄氏度、1.5-1.9GPa 的条件下形成,而在温度大于 700 摄氏度、压力大于 2.5GPa时才能稳定存在[16]。自 80 年代中期以来,在挪威南部加里东造山带基底、欧洲
的结晶率低到可以被忽略。尽管熔融石英不是长范围有序, 但她却表现出短的有序结构,它的结构可认为是4个氧原 子位于三角形多面的脚上。多面体中心是一个硅原子。这 样,每4个氧原子近似共价键合到硅原子,满足了硅的化 合价外壳。
如果每个氧原子是两个多面体的一部分,则氧的 化合价也被满足,结果就成了称为石英的规则的晶体 结构。在熔融石英中,某些氧原子,成为氧桥位,与 两个硅原子键合。某些氧原子没有氧桥,只和一个硅 原子键合。可以认为热生长二氧化硅主要是由人以方 向的多面体网络组成的。与无氧桥位相比,有氧桥的 部分越大,氧化层的粘合力就越大,而且受损伤的倾 向也越小。干氧氧化层的有氧桥与无氧桥的比率远大 于湿氧氧化层。因此,可以认为,SiO2与其说是原子 晶体,却更近似于离子晶体。氧原子与硅原子之间的 共价键向离子键过渡。
高温下二氧化硅与碱性氧化物或某些金属的碳酸 盐共熔,生成硅酸盐。
SiO2+CaO=CaSiO3(炼铁造渣)
将此高温下熔融状态的硅酸钠降温、冷却,可得
石英玻璃,它有良好的透过紫外线性能,可作水银灯 罩、耐高温的化学仪器、石英坩埚和光学仪器等.
3. 结构构造
在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内,二氧化硅
·化工 硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,无定形二 氧化硅微粉
·机械 铸造型砂的主要原料,研磨材料(喷砂、硬研磨纸、砂纸、 砂布等)
·电子 高纯度金属硅、通讯用光纤等
·橡胶、塑料 填料(可提高耐磨性)
·涂料 填料(可提高涂料的耐候性)
二氧化硅 - 性质介绍
1.物理性质
二氧化硅又称硅石,化学式SiO2。自然界中存在有结晶二 氧化硅和无定形二氧化硅两种。
结晶二氧化硅因晶体结构不同,分为石英、鳞石英和方石 英三种。纯石英为无色晶体,大而透明棱柱状的石英叫水晶。 若含有微量杂质的水晶带有不同颜色,有紫水晶、茶晶等。普 通的砂是细小的石英晶体,有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质 少、较纯净)。二氧化硅晶体中,SiO2中Si—O键的键能很高, 熔点、沸点较高(熔点1723℃,沸点2230℃)。自然界存在的 硅藻土是无定形二氧化硅,是低等水生植物硅藻的遗体,为白 色固体或粉末状,多孔、质轻、松软的固体,吸附性强.
其中,α-石英在自然界分布极广,用途也十 分广泛。可用来制作光学仪器、精密仪器上的轴 承、钟表钻石,石英砂可做研磨材料,纯石英砂 是玻璃、陶瓷工业原料。无色透明的粗大石英单 晶可作为压电水晶,在无线电工业中用以制造谐 振器。
柯石英和斯石英是 SiO2的两种天然高压同质
异构体,但斯石英形成时的压力比柯石英要高。柯 石英是硅原子成四配位的 SiO2各同质异构体中结
SiO2的多晶转变有同级转变和同类转变两种。不 同种类的 α-型之间的转变称为同级转变。即 α-石英、 α-鳞石英和 α-方石英之间的相互转变,同级转变很慢, 有时需要有矿化剂的情况才能完成。同一晶体的高温 型和低温型之间的相互转化称之为同类转变。如 α-石 英和 β-石英之间的转变,α-鳞石英、β-鳞石英和 γ-鳞 石英之间的转变,α-方石英和 β-方石英之间的转变, 此类转变通常非常迅速。
玻璃: 平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃
管等)、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻 璃布及防射线特种玻璃等的主要原料
·陶瓷及耐火材料 瓷器的胚料和釉料,窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅 等的原料
·冶金 料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性 能检验材料(即水泥标准砂)等
二氧化硅存在着一系列的同质异构体,其同质异构体的种 类及性质如表
SiO2 在常压下有七种晶型:α-石英、β石英、α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英、α-方 石英和 β-方石英,常压下它们之间的转变温度 如图 所示:
其中 α-型表示高温稳定存在的晶型,β-型和 γ-型 表示低温稳定存在的晶型。
厄尔士山脉、吉尔吉斯斯坦境内的北天山以及我国的 大别-苏鲁地区等地,相继发现了含柯石英(或柯石英 假象)的超高压变质岩。
最近,外国学者 O’brien等于 1998 年在世界上最 年轻的喜玛拉雅山造山带西部构造带的榴辉岩中发现 了柯石英。自从变质成因柯石英榴辉岩首次发现以来, 含柯石英和金刚石的超高压变质岩相继在世界范围内 不同地区、不同时代的造山带中不断被发现。根据已 有的静高压实验结果表明,在自然界,除陨石冲击作 用外,就只有地球深度大于 90km,130km,400km 的环境下才可能生成柯石英(90km)、金刚 (130km)、斯石英(400km)。据此,一些科学家 断定,地表上的柯石英、金刚石是由于地球板块碰撞 俯冲到地下深部经过超高压变质作用,再折返形成造 山带,经巨大风化剥腐得到的,并提出了地球板块折 返假说。