SiO2 là gì? Tầm quan trọng của silic dioxit (SiO2) trong cuộc sống

SiO₂ là một chất có nhiều ứng dụng trong cuộc sống như xuất kính cửa sổ, lọ thủy tinh,….. Vậy bạn đã từng thắc mắc SiO₂ là gì? Nó có tính chất hóa học ra sao, được điều chế và ứng dụng như thế nào chưa. Nếu có, hãy cùng LabVIETCHEM đi tìm câu trả lời qua nội dung bài viết dưới đây nhé.  

Silic dioxit SiO₂ là gì?

SiO₂ là gì? 

SiO₂ hay silic dioxit là một hợp chất hóa học còn có tên gọi khác là silica. Nó là một oxit của silic với có độ cứng cao được biết đến từ thời cổ đại. Phân tử SiO₂ không tồn tại ở dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau thành phân tử rất lớn và tồn tại ở 2 dạng là dạng tinh thể và vô định hình. Phần lớn silic dioxit tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc keo sẽ có cấu trúc vô định hình còn nếu được tạo ra ở áp suất và nhiệt độ cao như coesit và stishovit thì có cấu trúc tinh thể.

Cấu trúc tinh thể SiO2

Trạng thái tự nhiên của Silic dioxit SiO₂

Trong tự nhiên, silic dioxit tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể như cát (thạch anh), tridimit, cristobalit, cancedoan hoặc đá mã não, trong đó, dạng phổ biến nhất là dạng cát. Nó chính là một khoáng vật của vỏ Trái Đất.

Tinh thể thạch anh SiO₂

Trong điều kiện áp suất thường, silic dioxit tinh thể có 3 dạng thù hình chính, đó là thạch anh, tridimit và cristobalit. Mỗi dạng lại có hai hoặc ba dạng thứ cấp với dạng thứ cấp α bền ở nhiệt độ thấp và dạng thứ cấp β bền nhiệt độ cao.

Ba dạng tinh thể của SiO₂ có cách sắp xếp khác nhau của các nhóm tứ diện SiO₄ ở trong tinh thể. Ở dạng thạch anh α, góc liên kết Si-O-Si bằng 150° còn ở dạng tridimit và cristobalit thì góc liên kết Si-O-Si bằng 180°. Trong thạch anh, những nhóm tứ diện SiO₄ được sắp xếp sao cho các nguyên tử Si nằm trên một đường xoắn ốc quay phải (α-thạch anh) hoặc quay trái (β-thạch anh). Để biến thạch anh thành cristobalit góc Si-O-Si cần chuyển từ 150° thành 180°, còn nếu muốn chuyển thành α-tridimit thì bên cạnh việc chuyển góc Si-O-Si từ 150° thành 180° còn phải xoay tứ diện SiO₄ quanh trục đối xứng một góc bằng 180°.

Tính chất hóa học của SiO₂

- Silic dioxit có thể tác dụng với kiềm và oxit bazơ để tạo thành muối silicat ở nhiệt độ cao

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂

- Không phản ứng được với nước.

- Phản ứng với axit flohidric theo phương trình hóa học:

SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O

SiO₂ + 6HF(đặc) → H₂SiF₆ + 2H₂O

Phương pháp điều chế SiO₂

Dù silic dioxit rất phổ biến trong tự nhiên nhưng chúng ta cũng có thể tổng hợp nó bằng một trong những phương pháp sau:

• Cho silic phản ứng với oxi trong điều kiện nhiệt độ cao

Si(r) + O₂(k) → SiO₂ (r)

Phương pháp này thường được sử dụng để phủ lớp SiO₂ trên bề mặt của silic.

• Phương pháp phun khói

Là phương pháp thủy phân silic halogel ở nhiệt độ cao với oxy và hyđro theo phương trình hóa học:

2H₂ + O₂ + SiCl₄ → SiO₂ + 4HCl

• Phương pháp kết tủa

Cho silic lỏng phản ứng với 1 axit vô cơ. Phản ứng xảy ra như sau:

Na₂SiO₃ + H⁺ → 2Na⁺ + SiO₂ + H₂O

• Phương pháp sol-gel

Là phương pháop thủy phân một alkoxysilan với xúc tác bazơ hoặc axit. Phương trình phản ứng như sau:

Si(OR)₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4ROH

Ngoài ra, silica NanospringsTM được sản xuất bằng phương pháp hơi lỏng – rắn ở nhiệt độ thấp, tương đương với nhiệt độ phòng.

Ứng dụng của Silic dioxit SiO₂

- Khoảng 95% silic dioxit thương mại được sử dụng trong ngành xây dựng, ví dụ như sản xuất bê tông. Hỗn hợp đá vôi và đất sét sau khi được nghiền nhỏ sẽ được trộn với cát và nước thành dạng bùn. Sau đó mang nung ở nhiệt độ khoảng 1400 – 1500 °C trong lò nung xi măng (lò quay hoặc lò đứng) để tạo ra clinke dạng rắn, để nguội. Nghiền clinke và một số phụ gia thành dạng bột min, ta sẽ thu được xi măng.

Là nguyên liệu để sản xuất xi măng

- Là nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất đồ gốm: Trộn đều đất sét, thạch anh và fenpat với nước theo tỷ lệ thích hợp để thành khối dẻo rồi tạo hình. Sau đó mang nung các đồ vật đã tạo hình ở nhiệt độ phù hợp.

Là nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất đồ gốm

- Là thành phần quan trọng để sản xuất thủy tinh:  Trộn đều hỗn hợp cát, đá vôi, soda theo tỉ lệ thích hợp, sau đó mang nung trong lò quay ở nhiệt độ 900 °C thành thủy tinh dạng nhão. Tiếp đến là làm nguội thủy tinh dạng nhão để được thủy tinh dẻo. Và bước cuối cùng là ép hoặc thổi thủy tinh dẻo thành những hình dạng mong muốn.

CaCO₃ (t°) → CaO + CO₂

CaO + SiO₂ (t°) → CaSiO₃

Na₂CO₃ + SiO₂  (t°) → Na₂SiO₃ + CO₂

Sản xuất thủy tinh với từ cát thạch anh

- Thạch anh dùng trong hệ thống lọc nước, xử lí nước tinh khiết.

Hệ thống lọc nước sử dụng silic dioxit

- Sản xuất Sodium silicat (Na₂SiO₃) – thành phần chế tạo ra xà phòng và chất nhuộm màu.

- SiO₂ dạng cát được sử dụng làm thành phần chính trong đúc cát để sản xuất các chi tiết, vật dụng kim loại vì có điểm nóng chảy cao.

Đó là một số thông tin về silic dioxit SiO₂ là gì mà LabVIETCHEM đã tổng hợp được. Chắc hẳn sau khi theo dõi nội dung trên, các bạn đã trả lời được những thắc mắc ban đầu rồi phải không nào. Truy cập ngay website labvietchem.com.vn để xem thêm nhiều bài viết hay và bổ ích nhé.

 Xem thêm:

• Etilen là gì? Cơ chế làm chín trái cây của Etilen C2H4
• Propylene Glycol - Tính chất, phương pháp sản xuất và ứng dụng trong cuộc sống