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