Oxid křemičitý

Oxid křemičitý (také označovaný jako silika, vzorec SiO₂) tvoří nejméně 22 fází a dvanáct polymorfních forem. Díky této rozmanitosti a velkému praktickému významu patří tento oxid mezi nejstudovanější látky.

Oxid křemičitý
Obecné
Systematický název	Oxid křemičitý
Triviální název	křemen, křemenný písek, silika
Latinský název	Oxidum silicii
Anglický název	Silicon dioxide
Německý název	Siliciumdioxid
Sumární vzorec	SiO2
Vzhled	bílá práškovitá nebo krystalická látka
Identifikace
Registrační číslo CAS	7631-86-9
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)	231-545-4
PubChem	24261
SMILES	O=[Si]=O
InChI	InChI=1S/O2Si/c1-3-2
Číslo RTECS	VV7565000
Vlastnosti
Molární hmotnost	60,085 g/mol
Teplota změny krystalové modifikace	10,5 °C (křemen, α → β)
Teplota skelného přechodu	1 150 °C (přibližně, amorfní)
Hustota	2,33 g/cm3 (kristobalit) 2,651 g/cm3 (křemen, 0 °C) 2,648 g/cm3 (křemen, 20 °C) 2,264 g/cm3 (tridymit) 2,2 g/cm3 (amorfní, 20 °C)
Index lomu	kristobalit nDř= 1,487 nDm= 1,484 křemen (20 °C) nDř= 1,544 220 2 nDm= 1,553 32 tridymit nDa= 1,475 nDb= 1,476 nDc= 1,478 amorfní (20 °C) nD= 1,458 86
Tvrdost	6,5 (kristobalit) 7 (křemen) 7 (tridymit)
Rozpustnost ve vodě	0,016 g/100 ml (křemen)
Relativní permitivita εr	3,75 (amorfní, 20 °C)
Součinitel tepelné vodivosti	křemen 5,88 W/(m*K) (38 °C, hrana a) 11,06 W/(m*K) (38 °C, hrana c) 5,19 W/(m*K) (93 °C, hrana a) 9,34 W/(m*K) (93 °C, hrana c) 4,50 W/(m*K) (149 °C, hrana a) 8,99 W/(m*K) (149 °C, hrana c) amorfní 0,84 W/(m*K) (−150 °C) 1,05 W/(m*K) (−100 °C) 1,21 W/(m*K) (−50 °C) 1,32 W/(m*K) (0 °C) 1,34 W/(m*K) (18 °C) 1,41 W/(m*K) (50 °C) 1,48 W/(m*K) (100 °C)
Součinitel délkové roztažnosti	5,5×10−7 K−1 (amorfní)
Měrný elektrický odpor	1015–1018 Ώm (amorfní)
Struktura
Krystalová struktura	čtverečná (α-kristobalit) krychlová (β-kristobalit) šesterečná (α-křemen) šesterečná (β-křemen) jednoklonná (α-tridymit) kosočtverečná (α'-tridymit) šesterečná (β-tridymit) amorfní
Hrana krystalové mřížky	α-kristobalit (při 30 °C) a= 491,36 pm; c= 692,62 pm β-kristobalit (při 405 °C) a= 713,82 pm α-křemen (při 25 °C) a= 491,36 pm; c= 540,51 pm β-křemen (při 575 °C) a= 499,9 pm; c= 545,92 pm α-tridymit (při 20 °C) a= 1 854 pm; b= 501 pm; c= 2 579 pm; β= 117° 40´ α'-tridymit (při 220 °C) a= 874 pm; b= 504 pm; c= 824 pm β-tridymit (při 405 °C) a= 504,63 pm; c= 825,63 pm
Tvar molekuly	tetraedr
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°	−909,91 kJ/mol (kristobalit) −911,38 kJ/mol (křemen) −909,49 kJ/mol (tridymit) −903,92 kJ/mol (amorfní)
Entalpie tání ΔHt	128 J/g (kristobalit) 142 J/g (křemen)
Standardní molární entropie S°	42,7 JK−1mol−1 (kristobalit) 41,85 JK−1mol−1 (křemen) 43,5 JK−1mol−1 (tridymit) 46,9 JK−1mol−1 (amorfní)
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf°	−855,87 kJ/mol (kristobalit) −857,08 kJ/mol (křemen) −855,70 kJ/mol (tridymit) −851,14 kJ/mol (amorfní)
Izobarické měrné teplo cp	0,735 7 JK−1g−1 (kristobalit) 0,739 9 JK−1g−1 (křemen) 0,742 7 JK−1g−1 (tridymit) 0,738 JK−1g−1 (amorfní)
Bezpečnost
R-věty	žádné nejsou
S-věty	S22
NFPA 704	0 0 0
Teplota vznícení	nehořlavý
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Výskyt

V přírodě jej nacházíme nejčastěji ve formě α-křemene, který je součástí např. žuly a pískovce. Modifikace oxidu křemičitého se převážně skládají z tetraedrů SiO₄, které jsou propojeny přes vrchol. V termodynamicky nejstabilnější formě (za laboratorní teploty) – α-křemenu – tvoří tyto tetraedry vzájemně spojené šroubovice.

přechody mezi nejběžnějšími krystalickými modifikacemi SiO₂

Chemické vlastnosti

Oxid křemičitý je velmi odolný vůči kyselinám s výjimkou kyseliny fluorovodíkové, se kterou reaguje takto: SiO₂ + 4 HF → SiF₄ + 2 H₂O Horké koncentrované alkalické hydroxidy jej pomalu rozpouštějí za vzniku alkalických křemičitanů, v taveninách je tento proces podstatně rychlejší. Za zvýšené teploty (nad 1 000 °C) reaguje i s vodíkem a uhlíkem. S fluorem reaguje za vzniku fluoridu křemičitého a kyslíku.

Reakce s oxidy kovů a polokovů jsou velmi významné ve sklářském a keramickém průmyslu.

Využití

křišťál – krystalický oxid křemičitý

minerál ametyst

V průmyslu se používá převážně α-křemen, křemenné sklo, silikagel, kouřový křemen a diatomit.

Piezoelektrických vlastností křemene se využívá v krystalových oscilátorech a filtrech v převodnících a snímačích. Protože se v přírodě nenachází dostatečně čistý křemen, musí se připravovat hydrotermálními metodami.

Oxid křemičitý také dále najdeme v čisté podobě v jádru optických kabelů.

Křemenné sklo je výjimečně odolné vůči teplotním šokům a má velmi malou hodnotu koeficientu tepelné roztažnosti, ovšem na rozdíl od běžného skla má vysokou teplotu měknutí, což ztěžuje jeho zpracování. Používá se jako kvalitní laboratorní sklo (např. pro kyvety pro UV a VIS spektrofotometrii).

Silikagel se díky vysokému povrchu používá jako sušidlo, sorbent, nosič katalyzátorů atd.

V potravinářství se používá pod označením E 551.

Literatura

• VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu oxid křemičitý na Wikimedia Commons

Portály: Chemie