Su silice amorfa. Diossido di silicio

Enciclopedia chimica dell'autore b. I.L.Knunyants

DIOSSIDO DI SILICIO  (silice) SiO 2, bestsv. cristallina., sostanza amorfa o vetrosa.
Struttura. SILICE DIOSSIDO d. Esiste in diverse modificazioni polimorfiche (vedi tabella). Temperature di transizione a pressione normale: a-quarzo D b -quartz 575 ° C (transizione 0 0 0,41 kJ / mol), p-quarzo D p-cristobalite 927 ° C (2,26 kJ / mol), p-quarzo D g -tridymite 867 ° С (0,50 kJ / mol), a-tridmmit D b -tridimite 115 ° С (0,27 kJ / mol), b -ididimite D g -tridimite 160 ° С (0,15 kJ / mol), g -ditimita D b-cristobalite 1470 ° С (0,21 kJ / mol), a-cristobalite D b-cristobalite 270 ° С. Il punto di fusione del p-quarzo è 1610 ° С (D H 0 pf 8,53 kJ / mol), g -tridimite 1680 ° С, b -cristobalite 1723 ° С (D H 0 pl 9,6 kJ / mol). Il quarzo trasformato polimorfico, la tridimite e la cristobalite sono accompagnati da un cambiamento di volume. Le forme cristalline di SILICON DIOXIDE sono costruite con tetraedri di SiO 4, e le forme a - e b si distinguono per un leggero spostamento e rotazione del tetraedro. Per tridimiti a bassa temperatura, vengono forniti anche dati per altri cristalli cristallini. modifiche, tuttavia, tutte contengono b -tremitite come unità strutturale principale, ma sono diversamente distorte. Ad esempio, tridlinici triclinici e monoclino sono descritti. In natura, anche trovato cubico. Modifica SiO 2 - melanphlogite (a = 1.3402 nm, z = 48, gruppo spazio Pt3p). Alle alte pressioni si formano balene (80-130 MPa, 400-500 ° C), coesite (1,5-4 GPa, 300-1700 ° C), stishovite (16-18 GPa, 1200-1400 ° C). Stishovit è l'unica modifica del SILICIO DIOSSIDO, costruito in ottaedro SiO 6. La stabilità della tridimite è probabilmente determinata dalle impurità di Na e Al. La forma instabile di silicio DIOXIDd. - "silice fibrosa" rombo-dipiridale. Oltre ai cristalli cristallini, il DIOSSIDO DI SILICIO può anche avere altre forme di esistenza. Cristallo nascosto le forme (calcedonio) sono simili nella struttura al quarzo. Quando si estraggono i cationi da alcuni silicati con acido, si ottiene un idrato. cristallino, silice. Essi ereditano la struttura dei minerali di origine, formando strutture stratificate fibrose, squamose (lepidoidali) e simili a strati. Sono note formazioni amorfe anisotropiche e isotropiche (opali), silice naturale fine (tripoli, silice colloidale sintetica e polveri di silice). Idratata. silice amorfa precipitata da soluzioni di silicato di Na, ecc., polimerizzate a spherich. particelle con un diametro inferiore a 100 nm, di solito 2-3 nm. Ha ricevuto silice amorfa sotto forma di foglioline, nastri e fibre (vedi gel di silice). A temperature elevate le polveri fini di silice pirogenica anidra - Aerosil e altri - vengono rilasciate dalla fase gassosa. A proposito di silice vetrosa, vedi. Vetro al quarzo.
Proprietà.  La tensione di vapore del SILICIO DIOSSIDO, 13,3-133 Pa, vicino al punto di fusione. SILICE DIOSSIDATA. - dielettrico, r 10 12 Ohm * m (20 ° С), 9 * 10 - 1 Ohm * m (1600 ° C). I cristalli singoli di quarzo A hanno una struttura chirale, che determina la loro attività ottica e il piezoelettrico. proprietà. Il quarzo è trasparente ai raggi UV e parzialmente IR.

   * Indici di rifrazione: N g - più, N p - less. ** A - e b -quartz hanno due spazi. gruppi, come per entrambe le forme, sono possibili isomeri ottici sinistro e destro. *** b -120 ° C.

La solubilità di α-quarzo in acqua è del 10-3% in peso (25 ° C), le forme amorfe di silice sono 0,007-0,015% (per soluzioni acquose di SiO 2, vedere Acidi silicici). La solubilità del DIOSSIDO DI SILICIO in mezzi acidi e alcalini è determinata dalla natura del solvente. DIOSSIDO DI SILICE d Insolubile nella maggior parte dei solventi organici. Reagisce con acido fluoridrico per formare acido fluorosilicico. A 250-400 ° C, l'interazione con HF gassoso, F 2 (dando SiF 4), a 200-250 ° C - con NH 4 HF 2. In una miscela con carbone reagisce con Cl 2 quando riscaldato, formando SiCl 4. La silice amorfa è lentamente solubile in soluzioni acquose di alcali, Na 2 CO 3 (dando silicati) e NH 4 F (formando fluorosilicati), la velocità di dissoluzione aumenta all'aumentare della pressione e della temperatura. Quando miscele di ossido di silicio in polvere vengono riscaldate con vari ossidi, si formano silicati e quando sono fusi con Na 2 CO 3 e Na 2 SO 4 è silicato di sodio idrosolubile (vedere anche vetro solubile).
Distribuzione in natura. DIOSSIDO DI SILICIO senza contenuto nella crosta terrestre 12%; è anche incluso nelle rocce sotto forma di vari silicati o sotto forma di miscele con altri minerali (graniti). Il quarzo è uno dei minerali più comuni: tridimite, cristobalite, lschatelit (vetro naturale al quarzo), calcedonio, opali sono molto meno comuni. Cristalli di quarzo piccoli e orientati in modo diverso formano un quarzo "ganga". Con la distruzione delle rocce, sorgono sabbie di quarzo, la cui compattazione porta alla formazione di arenarie e quarziti. Haib. il quarzo puro è un cristallo di rocca, i cui cristalli possono raggiungere diversi metri e pesare decine di tonnellate. I singoli cristalli di quarzo sono trasparenti, incolori (cristallo di rocca) o colorati con impurità nei colori violetto (ametista), nero (marion), giallo (citrino), fumoso (rauch-topaz). Tipi di criptocristallino. forme di quarzo: corniola rosa-rossa, sapphirine bluastro, crisoprasio verde mela, agate a bande e onici, diaspro, silicio e hornfelses finemente colorati. Wiikalen amorfo "nobile" opale, costituito da particelle colloidali omogenee con un diametro di 0,1-0,3 μm, strettamente confezionato in agglomerati ordinati; il suo contenuto d'acqua è inferiore all'1% in massa (per la maggior parte degli opali ordinari, 4-9%). A p. i depositi di silice formano anche tripoli, diatomiti, ecc. I gusci di diatomee e scheletri di alcune spugne sono costruiti con silice; rafforza i gambi delle piante - equiseti, bambù, canna, è contenuto nella paglia. Il DIOSSIDO DI SILICIO è responsabile della silicizzazione delle forme di organismi viventi di piante. La concentrazione di silice nel sangue e nel plasma umano è dello 0,001% in peso.
Ottenere. Sintetico. DIOSSIDO DI SILICIO d. Ricevere: l'azione degli acidi (H 2 SO 4, HCl, CO 2) sul silicato di Na, meno spesso su altri silicati solubili (il modo principale di produzione nei paesi capitalisti); da silice colloidale mediante coagulazione sotto l'azione di ioni Na +, NH 4, F - o mediante congelamento; idrolisi di SiCl 4, SiF 4, (NH 4) 2 SiF 6, (C 2 H 5 O) 4 Si in soluzioni acquose, acqua-ammoniaca (a volte con aggiunta di etanolo o basi organiche) e nella fase gassosa. DIODIDO DI SILICIO amorfo D. Si ottiene anche da tripoli e farina fossile bruciando buccia di riso e sabbia di quarzo fuso e levigata. Polveri di anidride di silicio anidro con una superficie specifica elevata sono ottenute per deposizione chimica da vapore mediante combustione di vapori di SiCl 4 in una miscela di H 2 e O 2 (aerosil, negli USA - Cabosil), vapori ossidanti e idrolizzanti di esteri di Si (silice fumata), e anche SiF 4 (fluosil). Le particelle inizialmente condensate di SILICON DIOXIDE, 1 nm di diametro, sono densamente imballate in conglomerati secondari, combinati in una struttura sciolta con una superficie specifica di 200-400 m 2 / g. I monocristalli di quarzo A vengono prodotti da soluzioni alcaline di DIOSSIDO DI SILICIO in autoclave ad alta pressione (35-120 MPa) a 300-420 ° С (vedere Processi idrotermali). Nella produzione di materiali utilizzati nella tecnica sulla base del DIOSIDO DI SILICIO, vengono utilizzati i seguenti processi:
   - deposizione chimica dalla fase gassosa durante la combustione ad alta temperatura di SiCl 4, precedentemente purificata per distillazione. Le particelle di SILICON DIOSSIDO, formate in una fiamma o plasma di ossigeno-idrogeno, vengono precipitate dando un massiccio vetro di quarzo o strati di preforme di fibre ottiche;
   - ossidazione superficiale a singolo cristallo. Si con la formazione di eterostrutture (nella fabbricazione di circuiti integrati);
   - sinterizzazione di biossido di silicio fine in quarzo ceramico (vedi anche Ceramica);
   - processo sol-gel, compresa l'idrolisi del composto organico Si, lenta disidratazione del gel formato e riscaldamento moderato. Utilizzato per produrre quarzo e vetro ad alto contenuto di silice;
   - ottenendo biossido di silicio ad alta purezza e vetri porosi (tipo Vicore) trattando termodinamicamente il vetro al borosilicato, lisciando con acido e lavando la struttura di silice.
A p. La silice viene utilizzata nella produzione di vetri in silicato, porcellana e maiolica, abrasivi, cemento, mattoni in silicato, Dinas e ceramiche. Sintetico. SILICON DIOSSIDO d. ("Fuliggine bianca") - riempitivo per la produzione di gomma (fino al 70% del prodotto SILICON DIOXIDE d.). Abbiamo vinto. utilizzare idrato precipitato. silice (contenente 85-95% SiO 2) con una superficie specifica di 60-300 m 2 / g, in misura minore - silice anidra di tipo aerosil. L'aerosil è anche un adsorbente in cromatografia, un addensante di lubrificanti, adesivi, vernici, monocristalli di quarzo utilizzati nell'ingegneria radio (piezoelettrici, stabilizzatori di frequenza, filtri, risonatori ecc.), In acustica e acustica (vedi materiali acustici), in strumentazione ottica (prismi per spettrografi, monocromatori, lenti per ottica UV, ecc.), in gioielleria (varietà trasparenti, meravigliosamente colorate - pietre semipreziose). Come prom si usano gel di silice con un diametro effettivo dei pori di 2-15 nm. adsorbenti e portatori di catalizzatore. Sintetico. IL BIOSSIDO DI SILICIO e il cristallo di rocca sono la materia prima per la produzione di monocristalli di quarzo, vetro di quarzo, ceramica e fibre di quarzo. Vetro al quarzo e ceramica - konstrukts. materiale in aviats. industria (per esempio, per finestre e copertine di aeromobili), in ottica (per finestre di input, dispositivi ottici delle gamme UV e IK), in elettronica (linee di ritardo), ecc. Il tessuto di quarzo è un materiale termoisolante. Le fibre di quarzo sono utilizzate per creare linee di comunicazione a fibre ottiche (guida di luce) e sistemi di trasmissione di informazioni. Produzione sintetica DIOSSIDO DI SILICIO d. In capitalistich. paesi 600-700 mila tonnellate / anno (1980). Quando il SILICON DIOSSIDO entra nel tessuto vivente, i granulomi si sviluppano lentamente. La polvere di silice causa irritazione. dyhat. modi e bronchi, una malattia del tratto gastrointestinale, con inalazione prolungata - una malattia grave - silicosi dei polmoni. MPC al contenuto di SiO 2 in polvere di St. 70% - 1 mg / m 3, 10-70% - 2 mg / m 3, 2-10% - 4 mg / m 3.

Proprietà fisiche e chimiche dell'aerosil (diossido di silicio)

aeroforces  (dalla parola latina - Aerosilum), oxyls (dalla parola latina - Oxylum) diossido di silicio, Silice colloidale anidrica (Ph. Eur.), Biossido di silicio colloidale (USP), silice colloidale anidra (BP), silice (n. CAS 7631-86-9) - silice amorfa anidra, appartiene al gruppo di cariche minerali altamente disperse attive sintetiche. In farmacia, Aerosil (biossido di silicio) è utilizzato come sostanza ausiliaria, stabilizzante, agente gelificante, assorbente, migliora la fluidità di compresse, unguenti, gel e altre miscele. Talvolta il biossido di silicio viene utilizzato come ingrediente farmacologico attivo (ha proprietà antibatteriche, disintossicante, assorbente).

ottenere diossido di silicio mediante idrolisi del vapore di tetracloruro di silicio in una fiamma di idrogeno a una temperatura\u003e 1000 ° C (1100-1400 ° C). Il prodotto risultante è bianco, amorfo, non poroso, polvere indifferente spruzzata, contiene il 99,3% di SiO2; ha una elevata dispersione (diametro delle particelle 4-40 micron, ha una forma sferica o quasi sferica), la superficie specifica di adsorbimento è 50-450 m2 / g; volume alla rinfusa è di circa 50 g / l, densità - 2,36 g / cm3; il pH della sospensione acquosa è 4,0; indice di rifrazione n20D = 1,46. L'aerosil non si scioglie in acqua, acidi e alcali diluiti. A una concentrazione di Aerosil in acqua in una quantità del 10-12%, si forma una sospensione fluida a bassa viscosità, al 17% - una massa semirigida, al 20% - una massa grossolana che, una volta strofinata, si trasforma in una massa omogenea simile a un unguento. A causa dell'elevata affinità per l'acqua, l'aerosil viene indicato come sostanze idrofile. Ma la marca di biossido di silicio (aerosil) R972 ha proprietà idrofobiche.

Ce ne sono diversi marchi di Aerosil (diossido di silicio)che si differenziano principalmente nella specifica area superficiale, grado di idrofilia o idrofobicità, oltre alla presenza di altre sostanze di carica. Secondo la definizione della commissione di nomenclatura, il biossido di silicio amorfo è chiamato ossido. In Ucraina, un impianto chimico e metallurgico autorizzato da Degussa produce aerosil standard non modificato di 175 gradi; 300 380 con una superficie idrofila; Metil Arosil AM-1/175 e AM-1/300, dimetildiclorosilano modificato; etere organosilicus delle marche ADEG-175 e ADEG-300, modificato con glicole etilenico e dietilenglicole e AM-2, modificato da amminoalcoli. Negli Stati Uniti, l'aerosil modificato viene prodotto - organosil e kebosil (Cabot), in Russia, butosile, aerosil-K, che è una combinazione di 85% di silice e 15% di amido, COK-84 aerosil, che è un coagulante dell'85% di silice e il 14% di ossido di ammonio. In Germania produce la ditta "Degussa" marche idratate di aerosilcontenente acqua legata (durosil, vulkasin, siflok, ultrasuoni, ecc.) che differiscono nel contenuto di SiO2, diametro delle particelle, densità e proprietà), aerosil sotto forma di sospensioni (K-314, contiene il 14% di A., K-328, contiene 28% A.). In Giappone, il microsil è prodotto e indossato, in Francia - Francil, in Inghilterra - Manosil. Per i cosmetici si può fare sotto forma di pasta. Di recente, l'aerosil è stato introdotto nella farmacopea di vari paesi (Ungheria, Danimarca, Austria, ecc.). Negli Stati Uniti, il biossido di silicio (aerosil) è anche consentito come additivo ai prodotti alimentari nella misura del 2%.

aeroforces  attribuito alla teoria delle sostanze "pure" che rilasciano i principi attivi senza costi energetici. Studi al microscopio elettronico hanno dimostrato che ciascuna particella base di aerosil è composta da quattro strati separati (figura). Il nucleo di questa particella è un polimero tridimensionale di elementi SiO2. Avendo gruppi silano Si-OH e silossano Si-O-Si sulla superficie delle particelle, Aerosil è in grado di creare una struttura simile al modello grazie ai legami idrogeno, che consente di limitare l'espansione termica del liquido gelificato. I gruppi silossano e silano in aerosil sono funzionali e il legame silicio-ossigeno è caratterizzato da un'elevata resistenza (raggiunge 372,5 J / mol), che si spiega con la sua polarità, grazie alla quale il legame covalente si avvicina al legame ionico.

Tabella - Le principali proprietà del biossido di silicio (Aerosil)

Figura. La struttura della griglia spaziale di Aerosil in idrogel

I gruppi Silanol sono distribuiti in modo non uniforme. Esistono gruppi silanici di superficie, che possono essere liberi o collegati da ponti di idrogeno, e gruppi di silanolo all'interno della molecola, che possono anche essere interconnessi da ponti di idrogeno. Di conseguenza, viene creata una struttura sfusa ramificata, con il risultato che l'aerosil viene indicato come polimeri inorganici. I gruppi silossanici hanno proprietà idrofobiche, sono stabili (i gruppi di silanolo OH si separano a una temperatura\u003e 300 ° C), provocano una reazione acida; avere gruppi ossidrile sia sulla superficie che all'interno molecole aerosil. Con una distribuzione uniforme, ogni secondo atomo di silicio ha un gruppo ossidrile sulla superficie.

Ciò causa tre tipi di interazione aerosil: adsorbimento fisico, adsorbimento chimico (formazione di ponti di idrogeno da parte di gruppi di silanolo con acqua, alcoli, acidi e altre sostanze) e reazioni chimiche sulla superficie della molecola. Quindi, i gruppi di silanolo interagiscono con gli alcoli per formare eteri.

L'aerosil (diossido di silicio) ha buone proprietà di assorbimento, assorbe dal 15 al 60% di vari liquidi a seconda della loro natura, senza modificare l'aspetto e la scorrevolezza della polvere. Il primo strato di acqua viene assorbito dall'aeros a causa della creazione di ponti di idrogeno (adsorbimento chimico) e gli strati successivi sono dovuti all'adsorbimento fisico. L'acqua fisicamente assorbita viene rilasciata a una temperatura di 25-150 ° C, mentre l'acqua adsorbita chimicamente viene rilasciata a 800 ° С.

L'aerosil, che viene utilizzato per la produzione di farmaci, deve avere un'elevata purezza. La Tabella 1 mostra la composizione chimica di vari marchi di Aerosil, che possono avere determinate impurità formate durante i processi di produzione, per esempio tracce di acido cloridrico, che provocano un pH del 4% di una sospensione acquosa del polimero (3.6-4.3). Quindi, Aerosil (silice) si comporta come un acido debole.

Tabella 1 - La composizione chimica di vari gradi di aerosil (in termini di sostanza secca, secondo MM Astrakhanov)

Content,%	Marchi Aerosil, composizione,%
	200; 300; 380	0	SOK84	R972	combinato
SiO2	>99,87	>99,8	82–86	>98,3	85
Al2O2			14–18		–
Fe2O3					–
TiO2			–	0,03	–
Na2O		–	–	–	–
come		–	–	–	–
B2O3		–	–	–	–
Bi2O3		–	–	–	–
P2O5		–	–	–	–
HCl				–	0,05
amido	–	–	–	–	–

La Tabella 2 mostra le proprietà fisico-chimiche più importanti di differenti marche di aerosilche sono ampiamente usati nella produzione di medicinali

Tabella 2. Proprietà fisiche e chimiche di diverse marche di aerosil

indicatore	Francobolli di aerosil
	200	300	380	0	SOK-84	R-972
Superficie specifica, m2 / g	200 ± 25	300 ± 30	380 ± 30	200 ± 25	170 ± 30	120 ± 30
Perdite durante l'accensione,%	1	2	2,5	1	1	2
Dimensione media delle particelle	12	7	7	12	–	16
Contenuto di umidità,% (essiccato a 105 ° С)	–	1,5	1,5	1,5	0,5	2,5
Peso saturo, g / l, standard (non premuto) premuto	≈60≈120
porosità	poroso			non poroso
pH 4% di dispersione acquosa	3,6–4,3		–	–	3,6–4,3 3.5-4.1 (in metanolo)

il produzione di droga Aerosil  usato come stabilizzatore per i linimenti delle sospensioni. Ha un'alta capacità di assorbire vari liquidi. L'aggiunta di aerosil alla composizione dei linimenti di sospensione di olio e acqua-alcol-glicerina migliora la sedimentazione, l'aggregazione e la stabilità aggregativa di questi sistemi, creando una struttura spaziale sufficientemente forte in grado di trattenere fase liquida immobilizzata con particelle sospese di sostanze farmaceutiche nelle cellule. Nelle sospensioni acquose e acquose-alcoliche, l'effetto stabilizzante dell'aerosil è principalmente dovuto alle forze elettrostatiche. La sedimentazione delle particelle della fase solida in sospensioni acquose e alcoliche stabilizzate si verifica 3 volte più lentamente rispetto ai sistemi non stabilizzati. L'effetto stabilizzante di Aerosil aumenta in presenza di una piccola quantità di tensioattivo, per esempio, Tween-80. La presenza di aerosil (in concentrazione dell'1,0-5,0%) in emulsioni e sospensioni aumenta la loro stabilità, la capacità di fissarsi meglio sulla pelle e l'efficacia dell'azione terapeutica. Con acqua e alcool diossido di silicio a una concentrazione del 3%  crea sospensioni torbide, le cui azioni hanno una carica negativa.

Una delle proprietà di Aerosil è la sua capacità di addensamento (addensante) (Tabella 3).

Tabella 3. L'effetto addensante di Aerosil-200

Questa proprietà viene utilizzata per ottenere gel contenenti aerosil e basi per unguenti, che includono l'aerosil. Come fase liquida per le loro composizioni, un liquido di polietilsilossano è usato con il nome Esilon-5 o Esilon-4, olio di pesce, PEG-400, olio di ricino, oli grassi e simili. Esilon-5 ispessito al 16% di aerosil noto come vaselina KV-E / 16, non irrita la pelle e non impedisce l'assorbimento di sostanze attive. Come fase liquida addensante viene utilizzata aerosil (diossido di silicio)  nella quantità di 8-16%. I gel risultanti hanno una consistenza morbida plastica, sono ben distribuiti e fissati sulla pelle. Hanno una buona stabilità colloidale a temperature elevate (≥40 ° C), mantengono la consistenza necessaria, che non cambia anche a 100 ° C, e quindi gel e unguenti contenenti aerosil possono essere utilizzati nei climi tropicali. Secondo le proprietà strutturali e meccaniche dei gel, che comprendono l'aerosil, costituiscono sistemi termostabili di plastica tixotropica e hanno resistenza antimicrobica. Il contenuto quantitativo di Aerosil nel sistema influenza le proprietà reologiche e biofarmaceutiche dei gel. L'aumento del biossido di silicio nella composizione dei gel porta ad un aumento della loro viscosità plastica e delle proprietà tixotropiche, mentre rallenta significativamente il rilascio dell'ingrediente farmacologico attivo.

L'uso di aerosil (diossido di silicio) nell'industria farmaceutica medica e veterinaria

Aerosil viene utilizzato nella produzione di compresse.  in una concentrazione dello 0,1-0,5% come una sostanza scivolante e allentante (0,1-2,0%), che riduce il tempo della loro disintegrazione, facilita il processo di granulazione, migliora la fluidità della massa della compressa. Le proprietà di adsorbimento di Aerosil sono utilizzate nella produzione di polveri, estratti e altre preparazioni farmaceutiche.

Numerosi studi farmacologici, tossicologici e biofarmaceutici hanno confermato che, se usato internamente, l'aerosil è indifferente, ben tollerato dai pazienti, ha proprietà curative per le malattie del tratto gastrointestinale e altri processi infiammatori e può essere una fonte di approvvigionamento di silicio nel corpo. Ci sono prove che aerosil (diossido di silicio)  può contribuire alla riduzione della muscolatura liscia e dei vasi sanguigni e ha anche proprietà antibatteriche.

I sistemi farmaceutici contenenti aerosil non presentano effetti irritanti e tossici. Le stesse proprietà sono inerenti agli unguenti quando si usa epsilon e aerosil come base (composizione di epsilon-5, addensato con il 15% di aerosil nella produzione di unguenti con antibiotici e corticosteroidi). Unguenti con Aerosil (silice)  facilmente spremuto dai tubi, ben fissato sulla pelle, ha un effetto prolungato.

letteratura

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