- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Poids moléculaire
- Point de fusion
- Point d'ébullition
- Densité
- Solubilité
- Propriétés chimiques
- Présence dans la nature
- Autres types de silice naturelle
- Obtention
- Applications
- Dans diverses applications
- Dans l'industrie alimentaire
- Dans l'industrie pharmaceutique
- Dans l'industrie des cosmétiques et des soins personnels
- Dans les applications thérapeutiques
- Des risques
- Références
L' oxyde de silicium est un solide inorganique formé par la liaison d'un atome de silicium et de deux oxygène. Sa formule chimique est SiO 2. Ce composé naturel est également appelé silice ou dioxyde de silicium.
Le SiO 2 est le minéral le plus abondant dans la croûte terrestre, car le sable est composé de silice. Selon sa structure, la silice peut être cristalline ou amorphe. Il est insoluble dans l'eau, mais se dissout dans les alcalis et l'acide fluorhydrique HF.
Le sable est une source de dioxyde de silicium SiO 2. ರವಿಮುಂ. Source: Wikimedia Commons.
SiO 2 est également présent dans la structure de certaines plantes, bactéries et champignons. Également dans les squelettes d'organismes marins. Outre le sable, il existe également d'autres types de pierres en silice.
La silice est largement utilisée, remplissant une variété de fonctions. L'utilisation la plus répandue est en tant que matériau filtrant pour les liquides tels que les huiles et les produits pétroliers, les boissons telles que la bière et le vin, ainsi que les jus de fruits.
Mais il a de nombreuses autres applications. L'un des plus utiles et des plus importants est la fabrication de verres bioactifs, qui permettent de réaliser des «échafaudages» où les cellules osseuses se développent pour produire des morceaux d'os manquants en raison d'un accident ou d'une maladie.
Structure
Le dioxyde de silicium SiO 2 est une molécule à trois atomes, dans laquelle l'atome de silicium est lié à deux atomes d'oxygène liés de manière covalente.
Structure chimique de la molécule de SiO 2. Grasso Luigi. Source: Wikimedia Commons.
L'unité structurelle de la silice solide en tant que telle est un tétraèdre où un atome de silicium est entouré de 4 atomes d'oxygène.
Unité structurelle de silice solide: gris = silicium, rouge = oxygène. Benjah-bmm27. Source: Wikimedia Commons.
Les tétraèdres se lient en partageant des atomes d'oxygène à partir de leurs sommets contigus.
C'est pourquoi un atome de silicium partage chacun des 4 atomes d'oxygène en deux et cela explique la relation dans le composé de 1 atome de silicium pour 2 atomes d'oxygène (SiO 2).
Les tétraèdres partagent les oxygènes du SiO 2. Benjah-bmm27. Source: Wikimedia Commons.
Les composés SiO 2 sont divisés en deux groupes: la silice cristalline et la silice amorphe.
Les composés de silice cristalline ont des structures à motif répétitif de silicium et d'oxygène.
La silice cristalline a des unités répétitives. Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Source: Wikimedia Commons.
Tout cristal de silice peut être considéré comme une molécule géante où le réseau cristallin est très fort. Les tétraèdres peuvent être liés de diverses manières, donnant lieu à diverses formes cristallines.
Dans la silice amorphe, les structures sont fixées au hasard, sans suivre un motif régulier défini entre les molécules et celles-ci sont dans une relation spatiale différente les unes avec les autres.
Dans la silice amorphe, les liaisons ne sont ni répétitives ni uniformes. Silica.svg: * Silica.jpg: en: Utilisateur: Jdrewitttravail dérivé: Matt. Source: Wikimedia Commons.
Nomenclature
-Oxyde de silicium
-Dioxyde de silicone
-Silice
-Quartz
-Tridimita
-Christobalite
-Dioxosilane
Propriétés
État physique
Incolore à gris solide.
Échantillon de SiO 2 pur. LHcheM. Source: Wikimedia Commons.
Poids moléculaire
60,084 g / mol
Point de fusion
1713 ºC
Point d'ébullition
2230 ºC
Densité
2,17 à 2,32 g / cm 3
Solubilité
Insoluble dans l'eau. La silice amorphe est soluble dans les alcalis, surtout si elle est finement divisée. Soluble dans l'acide fluorhydrique HF.
La silice amorphe est moins hydrophile, c'est-à-dire moins liée à l'eau que cristalline.
Propriétés chimiques
Le SiO 2 ou la silice est essentiellement inerte vis-à-vis de la plupart des substances, il est très peu réactif.
Résiste à l'attaque du chlore Cl 2, du brome Br 2, de l'hydrogène H 2 et de la plupart des acides à température ambiante ou légèrement plus élevée. Il est attaqué par le fluor F 2, l'acide fluorhydrique HF et par des alcalis tels que le carbonate de sodium Na 2 CO 3.
Le SiO 2 peut se combiner avec des éléments métalliques et des oxydes pour former des silicates. Si la silice est fondue avec des carbonates de métaux alcalins à environ 1300 ° C, des silicates alcalins sont obtenus et du CO 2 est dégagé.
Ce n'est pas combustible. Il a une faible conductivité thermique.
Présence dans la nature
La principale source de silice dans la nature est le sable.
Le SiO 2 ou silice se présente sous la forme de trois variétés cristallines: le quartz (le plus stable), la tridymite et la cristobalite. Les formes amorphes de silice sont l'agate, le jaspe et l'onyx. L'opale est une silice hydratée amorphe.
Il y a aussi la silice dite biogénique, c'est-à-dire celle générée par les organismes vivants. Les sources de ce type de silice sont les bactéries, les champignons, les diatomées, les éponges de mer et les plantes.
Les parties brillantes et dures du bambou et de la paille contiennent de la silice, et les squelettes de certains organismes marins ont également une forte proportion de silice; cependant, les terres de diatomées sont les plus importantes.
Les terres à diatomées sont des produits géologiques d'organismes unicellulaires en décomposition (algues).
Autres types de silice naturelle
Dans la nature, il existe également les variétés suivantes:
- Silices vitreuses qui sont des verres volcaniques
- Les léchatériélites qui sont des verres naturels produits par fusion de matière siliceuse sous l'impact de météorites
- Silice fondue qui est de la silice chauffée à la phase liquide et refroidie sans lui permettre de cristalliser
Obtention
La silice des sables est obtenue directement des carrières.
Carrière de sable en Californie. Chou à la crème de tuff Ruff. Source: Wikimedia Commons.
De la diatomite ou de la terre de diatomées est également obtenue de cette manière, en utilisant des excavatrices et des équipements similaires.
La silice amorphe est préparée à partir de solutions aqueuses de silicate de métal alcalin (tel que Na de sodium) par neutralisation avec un acide, tel que l'acide sulfurique H 2 SO 4, l'acide chlorhydrique HCl ou le dioxyde de carbone CO 2.
Si le pH final de la solution est neutre ou alcalin, on obtient de la silice précipitée. Si le pH est acide, du gel de silice est obtenu.
La silice fumée est préparée par combustion d'un composé de silicium volatil, généralement du tétrachlorure de silicium SiCl 4. La silice précipitée est obtenue à partir d'une solution aqueuse de silicates à laquelle on ajoute de l'acide.
La silice colloïdale est une dispersion stable de particules de taille colloïdale de silice amorphe dans une solution aqueuse.
Applications
Dans diverses applications
La silice ou SiO 2 a une grande variété de fonctions, elle sert par exemple d'abrasif, d'absorbant, d'anti-agglomérant, de charge, d'opacifiant et de favoriser la suspension d'autres substances, parmi de nombreux autres modes d'utilisation.
Il est utilisé par exemple:
-Dans la fabrication de verre, céramique, réfractaires, abrasifs et verre à eau
-Décoloration et purification des huiles et produits pétroliers
-Dans les moules de coulée
-En tant qu'agent anti-agglomérant pour les poudres de toutes sortes
-Comme anti-mousse
-Pour filtrer les liquides tels que les solvants de nettoyage à sec, l'eau de piscine et les eaux usées municipales et industrielles
-Dans la fabrication d'isolation thermique, de briques ignifuges et de matériaux d'emballage résistant au feu et aux acides
-Comme charge dans la fabrication des papiers et cartons, pour les rendre plus résistants
-En tant que charge pour les peintures pour améliorer leur fluidité et leur couleur
-Dans les matériaux pour le polissage des métaux et du bois, car il confère une abrasivité
-Dans les laboratoires d'analyses chimiques en chromatographie et comme absorbant
-En tant qu'agent anti-agglomérant dans les formules insecticides et agrochimiques, pour aider à broyer les pesticides cireux et comme support du composé actif
-En tant que support de catalyseur
-Comme charge pour renforcer les caoutchoucs et caoutchoucs synthétiques
-En tant que porteur de liquides dans l'alimentation animale
-En encres d'imprimerie
-En tant que déshydratant et adsorbant, sous forme de gel de silice
-En tant qu'additif dans le ciment
-Comme le sable pour animaux de compagnie
-Dans les isolateurs pour la microélectronique
-Sur les interrupteurs thermo-optiques
Gel de silice. KENPEI. Source: Wikimedia Commons.
Dans l'industrie alimentaire
La silice amorphe est incorporée dans une variété de produits alimentaires en tant qu'ingrédient direct multifonctionnel dans divers types d'aliments. Il ne doit pas dépasser 2% de l'aliment fini.
Par exemple, il sert d'agent anti-agglomérant (pour empêcher certains aliments de coller), de stabilisant dans la production de bière, d'anti-précipitant, pour filtrer le vin, la bière et les jus de fruits ou de légumes.
Equipement pour filtrer le vin avec de la terre de diatomées (SiO 2). Fabio Ingrosso. Source: Wikimedia Commons.
Il agit comme un absorbant pour les liquides de certains aliments et comme un composant de microcapsules pour aromatiser les huiles.
De plus, le SiO 2 amorphe est appliqué par un procédé spécial sur la surface des plastiques des articles d'emballage alimentaire, agissant comme une barrière.
Dans l'industrie pharmaceutique
Il est ajouté en tant qu'agent anti-agglomérant, épaississant, gélifiant et en tant qu'excipient, c'est-à-dire en tant qu'aide à la compression de divers médicaments et vitamines.
Dans l'industrie des cosmétiques et des soins personnels
Il est utilisé dans une multitude de produits: dans les poudres pour le visage, les fards à paupières, les eye-liners, les rouges à lèvres, les fards à joues, les démaquillants, les poudres, les poudres pour les pieds, les teintures capillaires et les décolorants.
Aussi dans les huiles et sels de bain, les bains moussants, les crèmes pour les mains et le corps, les hydratants, les déodorants, les crèmes ou masques pour le visage (à l'exception des crèmes à raser), les parfums, les lotions et les crèmes nettoyantes.
Également dans les crèmes hydratantes de nuit, les vernis et peintures à ongles, les lotions rafraîchissantes pour la peau, les toniques capillaires, le dentifrice, les revitalisants capillaires, les gels et crèmes de bronzage.
Dans les applications thérapeutiques
Le SiO 2 est présent dans les verres bioactifs ou les bi-verres dont la caractéristique principale est qu'ils peuvent réagir chimiquement avec l'environnement biologique qui les entoure, formant un lien fort et durable avec les tissus vivants.
Ce type de matériau est utilisé pour fabriquer des substituts osseux tels que ceux du visage, comme des "échafaudages" sur lesquels les cellules osseuses vont se développer. Ils ont montré une bonne biocompatibilité avec les os et les tissus mous.
Ces bi-verres permettront de récupérer des os sur le visage de personnes qui les ont perdus par accident ou maladie.
Des risques
Des particules de silice très fines peuvent se propager dans l'air et former des poussières non explosives. Mais cette poussière peut irriter la peau et les yeux. Son inhalation provoque une irritation des voies respiratoires.
De plus, l'inhalation de poussière de silice provoque des dommages progressifs à long terme aux poumons, appelés silicose.
Références
- Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis. (2019). Dioxyde de silicone. Récupéré de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Cotton, F. Albert et Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie inorganique avancée. Quatrième édition. John Wiley et fils.
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- Windholz, M. et coll. (éditeurs) (1983) The Merck Index. Une encyclopédie des produits chimiques, des médicaments et des produits biologiques. Dixième édition. Merck & CO., Inc.
- Mäkinen, J. et Suni, T. (2015). Wafers SOI à couche épaisse. In Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies (deuxième édition). Récupéré de sciencedirect.com.
- Sirleto, L. et coll. (2010). Interrupteurs thermo-optiques. Nanocristaux de silicium. Récupéré de sciencedirect.com.