Оксид кремния IV

Оксид кремния IV SiO₂ (диоксид кремния, кремниевый ангидрид) очень распространен в природе в виде минерала кремнезема, который существует в кристаллическом и аморфном состояниях. Кристаллический SiO₂ встречается в виде минерала кварца и его разновидностей (горный хрусталь, яшма, агат, халцедон). Аморфный кремнезем встречается в виде минерала опала, а также в виде кизельгура (инфузорной земли), образовавшегося из остатков панцирей древних инфузорий. Он обладает очень большой удельной поверхностью и исключительной сорбционной способностью.

Получить SiO₂ можно при высокой температуре (более 400º) взаимодействием простых веществ:

Si + O₂ = SiO₂

Это твердое прозрачное тугоплавкое вещество, нерастворяющееся в воде и других растворителях и не обладающее тепло- и электропроводностью.

В кристаллической форме SiO₂ образует несколько модификаций, различающихся взаимным расположением кремнекислородных тетраэдров. При определенных температурах (от 573º до 1470º С) и нормальном давлении осуществляется взаимный переход кристаллических модификаций SiO₂, что сопровождается изменением его объема и плотности.

При температуре 1723º С кристаллический SiO₂ плавится. При быстром охлаждении расплава образуется стекловидная масса – плавленый кварц или кварцевое стекло, структура которого характеризуется неупорядоченным расположением кремнекислородных тетраэдров. Несмотря на такое строение кварцевое стекло тугоплавко и химически инертно.

Кристаллический SiO₂ химически инертен. Он реагирует при комнатной температуре только с плавиковой кислотой НF:

SiO₂ + 6НF_конц = Н₂[SiF₆] + 2H₂O

При температуре около 400º С кристаллический SiO₂ взаимодействует с газообразным фтороводородом и фтором:

SiO₂ + 4НF_газ = SiF₄↑ + 2H₂O

SiO₂ + 2F₂ = SiF₄↑ + O₂↑

Кристаллический SiO₂ не реагирует с водой ни при каких условиях. Аморфная форма SiO₂ химически более активна. Так, при очень высоком давлении и температуре около 150º С она медленно растворяется в воде, образуя ортокремниевую кислоту:

SiO₂ + 2H₂O Н₄SiO₄

Кристаллический SiO₂, как типичный кислотный оксид, при сплавлении реагирует со щелочами, основными оксидами и с некоторыми солями, например:

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

силикат натрия

SiO₂ + FeO = FeSiO₃

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑

Аморфный SiO₂ медленно реагирует с концентрированными щелочами и карбонатами щелочных металлов (при комнатной температуре), образуя соли ортокремневой кислоты:

SiO₂ + 4NaОН_конц = Na₄SiO₄ + 2H₂O

SiO₂ + 2NaСО_{3 конц} = Na₄SiO₄ + 2СO₂

При сплавлении кристаллического SiO₂ с углем в электрических печах при температуре 1300º С образуется SiС карборунд, одно из самых твердых веществ: SiO₂ + 2C = SiС + CO₂↑

При температуре выше 1100º С SiO₂ восстанавливается кремнием с образованием неустойчивого при комнатной температуре оксида кремния II SiO – коричневого твердого вещества

SiO₂ + Si 2SiO