二氧化硅

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二氧化硅,也称为二氧化硅,是一种硅的氧化物,化学式为SiO2,最常见于自然界中的石英和各种生物体中。在世界许多地方,二氧化硅是沙子的主要成分。二氧化硅是最复杂和最丰富的材料家族之一,以多种矿物质的化合物和合成产品的形式存在。著名的例子包括熔融石英、气相二氧化硅、硅胶、蛋白石和气凝胶。它用于结构材料、微电子(作为电绝缘体)以及食品和制药行业的组件。 在大多数硅酸盐中,硅原子呈四面体配位,四个氧原子围...

简介

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二氧化硅,也称为二氧化硅,是一种硅的氧化物,化学式为 SiO2,最常见于自然界中的石英和各种生物体中。 在世界许多地方,二氧化硅是沙子的主要成分。 二氧化硅是最复杂和最丰富的材料家族之一,以多种矿物质的化合物和合成产品的形式存在。 著名的例子包括熔融石英、气相二氧化硅、硅胶、蛋白石和气凝胶。 它用于结构材料、微电子(作为电绝缘体)以及食品和制药行业的组件。

结构

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在大多数硅酸盐中,硅原子呈四面体配位,四个氧原子围绕着一个中心硅原子(参见 3-D 晶胞)。 因此,SiO2 形成 3 维网络固体,其中每个硅原子以四面体方式与 4 个氧原子共价键合。 相反,CO2 是线性分子。 碳和硅的二氧化物的截然不同的结构是双键规则的体现。

SiO2 有几种不同的结晶形式,但它们在 Si 和 O 周围几乎总是具有相同的局部结构。在 α-石英中,Si-O 键长为 161 pm,而在 α-鳞石英中,它在 154-171 pm 范围内。 Si-O-Si 角也在 α-鳞石英的低值 140° 和 β-鳞石英中高达 180° 之间变化。 在 α 石英中,Si-O-Si 角为 144°。

多态性

阿尔法石英是室温下最稳定的固体 SiO2 形式。 高温矿物方石英和鳞石英的密度和折射率均低于石英。 从 α 石英到 β 石英的转变在 573 °C 时突然发生。 由于转变伴随着体积的显着变化,很容易诱发陶瓷或岩石通过这个温度极限的破裂。 然而,高压矿物、seifertite、stishovite 和柯石英具有比石英更高的密度和折射率。 Stishovite 具有类似金红石的结构,其中硅为 6 配位。 stishovite 的密度为 4.287 g/cm3,而 α-石英是低压形式中密度最高的,其密度为 2.648 g/cm3。 密度差异可归因于配位的增加,因为石英中六个最短的 Si-O 键长(四个 Si-O 键长为 176 pm,另外两个 181 pm)大于 Si-O 键长( 161 pm)在α-石英中。配位的变化增加了Si-O键的离子度。 更重要的是,与这些标准参数的任何偏差都会构成微观结构差异或变化,这代表了一种接近无定形、玻璃状或玻璃状固体的方法。

八面沸石二氧化硅是另一种多晶型物,它是通过结合酸和热处理对低钠超稳定 Y 型沸石进行脱铝而获得的。 所得产品含有99%以上的二氧化硅,具有高结晶度和比表面积(超过800 m2/g)。 八面沸石-二氧化硅具有非常高的热稳定性和酸稳定性。 例如,即使在浓盐酸中煮沸后,它仍能保持高度的长程分子有序度或结晶度。

熔融二氧化硅

熔融二氧化硅表现出几种与液态水中观察到的相似的特殊物理特性:负温度膨胀、温度约 5000 °C 时的密度xxx值和热容量最小值。 其密度从 1950 °C 时的 2.08 g/cm3 降低到 2200 °C 时的 2.03 g/cm3。

分子二氧化硅

SiO2 分子具有类似 CO2 的线性结构。 它是通过在氩基质中将一氧化硅 (SiO) 与氧气结合而制成的。 二聚二氧化硅 (SiO2)2 是通过使 O2 与基质分离的二聚一氧化硅 (Si2O2) 反应得到的。 在二聚二氧化硅中,有两个氧原子桥接在硅原子之间,Si-O-Si 角为 94°,键长为 164.6 pm,末端 Si-O 键长为 150.2 pm。 Si-O 键长为 148.3 pm,而 α-石英的键长为 161 pm。 键能估计为621.7 kJ/mol。

二氧化硅

自然现象

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地质学

SiO2 在自然界中最常见的是石英,占地壳质量的 10% 以上。 石英是xxx稳定在地球表面的二氧化硅多晶型物。 在撞击构造周围发现了高压形式的柯石英和石英岩的亚稳态产状,并与超高压变质过程中形成的榴辉岩有关。 从富含二氧化硅的火山岩中已知高温形式的鳞石英和方石英。 在世界许多地方,二氧化硅是沙子的主要成分。

生物学

尽管难溶,但二氧化硅存在于许多植物中,例如水稻。 具有高二氧化硅植硅体含量的植物材料似乎对放牧动物很重要。

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  1. 简介
  2. 结构
  3. 自然现象
  4. 地质学
  5. 生物学

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