Pe silice amorfă. Dioxid de siliciu.

Enciclopedie chimică autor b. I.L.Knunyants

DIOXID DE SILIC  (silice) Si02, bestsv. cristalină, substanță amorfă sau sticlosă.
Structura. DIOXID DE SILICA d. Există mai multe modificări polimorfe (a se vedea tabelul). Temperatura de tranziție la presiune normală: a-cuarț Db -quartz 575 ° C (tranziție DHO 0,41 kJ / mol), p-cristal D p-cristobalit 927 ° C (2,26 kJ / mol) Dg-tridymit 867 ° C (0,50 kJ / mol), a-tridmită Db-tridymit 115 ° C (0,27 kJ / mol), b -tridymit Dg-tridymit 160 ° C / mol), d-ditimit D b-cristobalit 1470 ° C (0,21 kJ / mol), a-cristobalit D b-cristobalit 270 ° C. Punctul de topire al cuarțului p este 1610 ° C (Dh 0 mp 8,53 kJ / mol), g-tridymit 1680 ° C, b-cristobalit 1723 ° C (D H 0 pl 9,6 kJ / mol). Cvartul polimorfic transformat, tridymit și cristobalitul sunt însoțite de o schimbare a volumului. Formele cristaline ale DIOXIDULUI SILICON sunt construite din tetraedru de SiO4, iar formele a și b se disting printr-o ușoară deplasare și rotație a tetraedrului. Pentru tridymiții cu temperatură scăzută, sunt date și date pentru alte cristale cristaline. modificările, totuși, toate conțin b -tremită ca principală unitate structurală, dar sunt diferit distorsionate. De exemplu, sunt descrise tridymiții triclinici și monoclinici. În natură, de asemenea, găsit cub. Modificarea SiO2 - melanflogit (a = 1,3402 nm, z = 48, grup spațial Pt3p). La presiuni mari se formează balene (80-130 MPa, 400-500 ° C), coezite (1,5-4 GPa, 300-1700 ° C), stishovite (16-18 GPa, 1200-1400 ° C). Stishovit este singura modificare a DIOXIDULUI SILICON, construit din SiO 6 octaedra. Stabilitatea tridimitului este probabil determinată de impuritățile Na și Al. Forma instabilă de siliciu DIOXIDd. - "silice fibroasă" rombo-dipyramidă. În plus față de cristalele cristaline, dioxidul de siliciu poate avea și alte forme de existență. Cristalul ascuns forme (chalcedonie) sunt similare în structură cu cuarț. Când se extrag cationii din anumite silicate cu acid, se obține un hidrat. silice cristalină. Ei moștenesc textura mineralelor sursă, formând structuri fibroase, scalabile (lepidoide) și foi de tip stratificat. Sunt cunoscute formațiuni anizotropice și izotropice (opale), silice naturale fine (tripoli, silice coloidală sintetică și pulberi de silice). Hidratate. silicea amorfă precipitată din soluții de silicat de sodiu, etc., polimerizată în sferic. particule cu un diametru mai mic de 100 nm, de obicei 2-3 nm. S-a obținut silice amorfă sub formă de foițe, panglici și fibre (vezi gel de silice). La temperaturi ridicate, pulberile fine de silice pirogenică anhidră - Aerosil și altele - sunt eliberate din faza gazoasă. Despre silicea vitroasă, a se vedea sticla de cuarț.
Proprietăți.  Presiunea de vapori de SILICON DIOXIDE, 13,3-133 Pa, în apropierea punctului de topire. SILICA DIOXIDATĂ. - dielectric, r 10 12 Ohm * m (20 ° C), 9 * 10-1 Ohm * m (1600 ° C). A-cristalele cu cristale unice au o structură chirală, care determină activitatea lor optică și piezoelectrică. proprietăți. Cuarțul este transparent pentru razele UV și parțial IR.

   * Indicii de refracție: N g - mai mult, N p - mai puțin. ** A și b-quartz-ul au două spații. grupuri, deoarece pentru ambele forme sunt posibile izomerii optici din stânga și din dreapta. *** b-120 ° C.

Solubilitatea α-cuarțului în apă este de 10-3% în greutate (25 ° C), formele amorfe de silice sunt 0,007-0,015% (pentru soluțiile apoase de SiO2, vezi Acizii Silici). Solubilitatea SILICON DIOXIDE în mediu acid și alcalin este determinată de natura solventului. DIOXID DE SILICA d. Insolubil în majoritatea solvenților organici. Reacționează cu acid fluorhidric pentru a forma acid fluorosilicic. La 250-400 ° C, interacțiunea cu HF, F2 gazos (dând SiF4), la 200-250 ° C - cu NH4HF2. Într-un amestec cu cărbune reacționează cu CI2 când este încălzit, formând SiCl4. Silicea amorfă este lentă solubilă în soluții apoase de alcalii, Na2C03 (dând silicați) și NH4F (formând fluorosilicați), viteza de dizolvare crește odată cu creșterea presiunii și a temperaturii. Atunci când se încălzesc amestecuri de dioxid de siliciu sub formă de pulbere cu oxizi diferiți, se formează silicați și când se topesc cu Na2C03 și Na2S04 este silicatul de sodiu solubil în apă (a se vedea și sticla solubilă).
Distribuția în natură. Conținut fără dioxid de siliciu în crusta terestră 12%; este de asemenea inclus în roci sub formă de diferite silicate sau sub formă de amestecuri cu alte minerale (granit). Cuartul este unul dintre cele mai frecvente minerale: tridymit, cristobalite, lschatelit (sticlă naturală de cuarț), calcedon, opalii sunt mult mai puțin frecvente. Cristalele de cuarț mici, orientate diferit formează un cuarț "gangă". Odată cu distrugerea rocilor, apar nisipuri de cuarț, compactarea cărora duce la formarea de gresii și cuarțite. Haib. cuarțul pur este un cristal de rocă, cristalele acestuia putând ajunge la câțiva metri și cântăresc zeci de tone. Cristalele simple de cuart sunt transparente, incolore (cristal de rocă) sau colorate cu impurități în culori violete (ametist), negru (marion), galben (citrin), fumuri (rauch-topaz). Tipuri de criptocristaline. forme de cuarț: carnelian roz-roșu, safirină albăstrui, crizopază verde măr, agate bandă și onixe, jaspis de culoare fină, siliciu și carpen. Wiikalen opal "nobil" amorf, format din particule coloidale omogene cu un diametru de 0,1-0,3 μm, ambalate strâns în aglomerate comandate; conținutul său de apă este mai mic de 1% din masă (pentru cele mai multe opale obișnuite, 4-9%). La p. silicele se formează de asemenea tripoli, diatomit etc. Cojile de diatome și schelete ale unor bureți sunt construite din silice; întărește tulpinile plantelor - coada, bambusul, trestia, este conținută în paie. Dioxidul de siliciu este responsabil pentru silicificarea formelor de organisme de plante vii. Concentrația de silice în sânge și plasmă umană este de 0,001% în greutate.
Noțiuni de bază. Sintetic. Dioxidul de siliciu d. Primeste: actiunea acizilor (H 2 SO 4, HCl, CO 2) pe silicat de Na, mai putin pe alte silicati solubili (principalul mod de productie in tarile capitaliste); din silice coloidală prin coagulare sub acțiunea ionilor Na +, NH4, F - sau prin înghețare; hidroliza SiCl 4, SiF 4, (NH4) 2SiF6, (C2H5O) 4Si în soluții apoase, amoniac-apă (uneori cu adaos de etanol sau baze organice) și în fază gazoasă. DIOXID DE SILIC DIPLOM AMORF D. Este de asemenea obținut din tripoli și din pământ de diatomee prin arderea cojilor de orez și prin măcinarea nisipului de cuart topit. Pulberile anhidre de dioxid de siliciu cu o suprafață specifică ridicată sunt obținute prin depunerea chimică a vaporilor prin arderea vaporilor de SiCl4 într-un amestec de H2 și O2 (aerosil, în SUA - Cabosil), oxidarea și hidrolizarea vaporilor de esteri Si de asemenea SiF4 (fluosil). Particulele condensate inițial de SILICON DIOXIDE, cu diametrul de 1 nm, sunt ambalate dens în conglomerate secundare, combinate într-o structură liberă cu o suprafață specifică de 200-400 m2 / g. A-cristalele cu cristale A sunt crescute din soluții alcaline de SILICON DIOXID în autoclave de înaltă presiune (35-120 MPa) la 300-420 ° C (vezi procesele hidrotermale). În producția de materiale utilizate în tehnica pe bază de SILICON DIOXIDE, se utilizează următoarele procedee:
   - depunerea chimică din faza gazoasă în timpul arderii la temperatură înaltă a SiCl4, purificată anterior prin distilare. Se precipită particule de SILICON DIOXID, formate într-o flacără sau plasmă de oxigen-hidrogen, dând sticlă masivă de cuarț sau straturi de preforme din fibre optice;
   - oxidarea de suprafață cu un singur cristal. Si cu formarea heterostructurilor (în fabricarea circuitelor integrate);
   - sinterizarea dioxidului de siliciu fin în ceramica cuarțului (a se vedea și Ceramica);
   - procedeul sol-gel, incluzând hidroliza compusului organic S, deshidratarea lentă a gelului format și încălzirea moderată. Se folosește pentru a produce sticlă cu cuarț și sticlă înaltă;
   - obținerea de Dioxid de siliciu cu puritate înaltă și a paharelor poroase (tip Vicore) prin tratarea termodinamică a sticlei borosilicate de conducere, a leșiei cu acid și spălarea cadrului de silice.
La p. Silica este folosită la fabricarea paharelor din silicat, a porțelanului și a ceramicii, a materialelor abrazive, a betonului, a cărămizilor din silicat, a dinaselor și a ceramicii. Sintetic. DIOXID DE SILIC d. ("Funingine albă") - umplutură în producția de cauciuc (până la 70% din produsul SILICON DIOXIDE d.). Am câștigat. utilizați hidrat precipitat. silice (conținând 85-95% SiO2) cu o suprafață specifică de 60-300 m2 / g, într-o măsură mai mică - silice anhidră de tip aerosil. Aerosil este, de asemenea, un adsorbant în cromatografie, un agent de îngroșare a lubrifianților, adezivilor, vopselelor. Monocristalele de cuarț sunt utilizate în radiotehnie (piezoelectrice, stabilizatori de frecvență, filtre, rezonatori etc), acoustooptics și acoustoelectronics spectrografe, monocromatoare, lentile pentru optica UV etc.), in bijuterii (soiuri transparente, frumos colorate - pietre semipretioase). Gelurile de gel cu un diametru eficient al porilor de 2-15 nm sunt folosite ca balonuri. sorbenți și purtători de catalizatori. Sintetic. DIOXIDUL DE SILIC ȘI cristalul de rocă sunt materia primă pentru producerea cristalelor singulare de cuarț, sticlă de cuarț, ceramică și fibre de cuarț. Cuarț de sticlă și ceramică - construcții. material în aviats. industria (de exemplu, pentru ferestrele și husele pentru ferestre ale aeronavelor), în optică (pentru ferestre de intrare, dispozitive optice din gama UV și IK), în electronică (linii de întârziere) etc. Tesatura din cuarț este un material termoizolant. Fibrele din cuarț sunt utilizate pentru a crea linii de comunicații cu fibră optică (ghidaj de lumină) și sisteme de transmitere a informațiilor. Producție sintetică Dioxidul de siliciu d. În capitalistich. țări 600-700 mii tone / an (1980). Când DIOXIDUL SILICON intră în țesutul viu, granuloamele se dezvoltă încet. Praful de praf provoacă o iritare superioară. dyhat. căile și bronhiile, o boală a tractului gastrointestinal, cu inhalare prelungită - o boală gravă - silicoză a plămânilor. MPC la conținutul de SiO 2 în praful Sf. 70% - 1 mg / m3, 10-70% - 2 mg / m3, 2-10% - 4 mg / m3.

Proprietățile fizice și chimice ale aerosilului (dioxid de siliciu)

aeroforces  (din cuvântul latin - Aerosilum), oxilii (din cuvântul latin - Oxylum) dioxid de siliciu, Dioxid de siliciu coloidal (USP), dioxid de siliciu coloidal anhidru (BP), silice (CAS nr. 7631-86-9) - dioxid de siliciu coloidal (Eur. anhidră silice amorfă, aparține grupului de umpluturi minerale foarte dispersate activ sintetice. În farmacie, Aerosil (dioxid de siliciu) este utilizat ca substanță auxiliară, stabilizator, agent de gelifiere, adsorbant, îmbunătățește fluiditatea tabletelor, unguentului, gelului și a altor amestecuri. Uneori, dioxidul de siliciu este utilizat ca ingredient activ farmacologic (are proprietăți antibacteriene, detoxifiant, sorbent).

obține dioxid de siliciu prin hidroliza vaporilor de tetraclorură de siliciu într-o flacără de hidrogen la o temperatură\u003e 1000 ° C (1100-1400 ° C). Produsul rezultat este pulbere albă, amorfă, neporoasă, pulverizată indiferentă, conține 99,3% Si02; are o dispersie mare (diametrul particulelor 4-40 microni, are o formă sferică sau aproape sferică), suprafața specifică de adsorbție este de 50-450 m2 / g; volumul în vrac este de aproximativ 50 g / l, densitatea - 2,36 g / cm3; pH-ul suspensiei apoase este de 4,0; indicele de refracție n20D = 1,46. Aerosil nu se dizolvă în apă, acizi și alcalii diluate. La o concentrație de Aerosil în apă într-o cantitate de 10-12%, se formează o suspensie fluidă cu viscozitate scăzută, la 17% - o masă semi-rigidă, la 20% - o masă grosieră care, atunci când este frecat, se transformă într-o masă omogenă cu unguent. Datorită afinității mari pentru apă, aerosilul este denumit substanțe hidrofilice. Dar dioxidul de siliciu (aerosil) marca R972 are proprietăți hidrofobe.

Sunt mai multe mărci comerciale ale Aerosil (dioxid de siliciu)care diferă în principal de suprafața specifică, de gradul de hidrofilitate sau de hidrofobicitate, precum și de prezența altor substanțe de umplutură. Conform definiției comisiei pentru nomenclatură, dioxidul de siliciu amorf se numește oxid. În Ucraina, o uzină chimică și metalurgică autorizată de Degussa produce aerosil standard nemodificat de 175 de grade; 300 380 cu o suprafață hidrofilă; Metil Arosil AM-1/175 și AM-1/300, dimetildiclorosilan modificat; organosilicul eter al mărcilor ADEG-175 și ADEG-300, modificat cu etilenglicol și dietilenglicol și AM-2, modificat cu aminoalcooli. În Statele Unite se produce aerosil modificat - organosil și kebosil (Cabot), în Rusia, butosil, aerosil-K, care este o combinație de silice 85% și amidon 15%, aerosil COK-84, coagulant de silice 85% și 14% oxid de amoniu. În Germania, compania "Degussa" produce branduri hidratate de aerosoliconținând apă legată (durosil, vulcasin, sifloks, ultrasil etc.) care diferă în conținutul de SiO2, diametrul particulelor, densitatea și proprietățile), aerosil sub formă de suspensii (K-314, conține 14% A., K-328, 28% A.). În Japonia, microsilul este produs și purtat, în Franța - Francil, în Anglia - Manosil. Pentru produsele cosmetice pot fi făcute sub formă de pastă. Recent, aerosilul a fost introdus în farmacopeea diferitelor țări (Ungaria, Danemarca, Austria, etc.). În SUA, dioxidul de siliciu (aerosil) este de asemenea permis ca aditiv la produsele alimentare în cantitate de 2%.

aeroforces  atribuită teoriei substanțelor "pure" care eliberează ingredientele active fără costuri energetice. Studiile microscopice electronice au arătat că fiecare particulă de aerosoli de bază constă din patru straturi separate (figura). Miezul acestei particule este un polimer tridimensional de elemente de SiO2. Având grupuri Silane Si-OH și siloxan Si-O-Si pe suprafața particulelor, Aerosil este capabil să creeze un cadru asemănător modelului datorat legăturilor de hidrogen, ceea ce permite limitarea expansiunii termice a lichidului gelatat. Grupările siloxan și silan în aerosil sunt funcționale, iar legătura silicon-oxigen este caracterizată prin rezistență ridicată (ajunge la 372,5 J / mol), ceea ce se explică prin polaritatea sa, datorită căruia legătura covalentă se apropie de legătura ionică.

Tabel - Principalele proprietăți ale dioxidului de siliciu (Aerosil)

Figura. Structura rețelei spațiale a Aerosil în hidrogel

Grupurile silanolice sunt distribuite inegal. Există grupări de silan de suprafață care pot fi libere sau legate de punți de hidrogen și grupări silanol din moleculă, care pot fi interconectate și prin punți de hidrogen. Ca rezultat, se creează o structură vrac ramificată, rezultând că aerosilul este denumit polimer anorganic. Grupările siloxanice au proprietăți hidrofobe, sunt stabile (grupările OH silanol desprinse la o temperatură\u003e 300 ° C), provoacă o reacție acidă; au grupări hidroxil atât pe suprafață, cât și pe interior molecule de aerosil. Cu o distribuție uniformă, fiecare al doilea atom de siliciu are o grupă hidroxil la suprafață.

Acest lucru cauzează trei tipuri de interacțiuni aerosoli: adsorbția fizică, adsorbția chimică (formarea punților de hidrogen prin grupări silanol cu ​​apă, alcooli, acizi și alte substanțe) și reacții chimice pe suprafața moleculei. Astfel, grupările silanol interacționează cu alcoolii pentru a forma eteri.

Aerosil (dioxid de siliciu) are proprietăți bune de sorbție, absoarbe între 15 și 60% din diferite lichide în funcție de natura lor, fără a schimba aspectul și fluiditatea pulberii. Primul strat de apă este absorbit de aerosoli datorită creării de poduri de hidrogen (adsorbție chimică), iar straturile ulterioare se datorează adsorbției fizice. Apa absorbită fizic este eliberată la o temperatură de 25-150 ° C, în timp ce apa adsorbită chimic este eliberată la 800 ° C.

Aerosil, care este utilizat pentru producerea de medicamente, trebuie să aibă o puritate ridicată. Tabelul 1 prezintă compoziția chimică a diferitelor mărci comerciale ale aerosilului, care pot avea anumite impurități formate în timpul proceselor de producție, de exemplu, urme de acid clorhidric, care determină un pH de 4% dintr-o suspensie apoasă a polimerului (3,6-4,3). Deci, Aerosil (silice) se comportă ca un acid slab.

Tabelul 1 - Compoziția chimică a diferitelor tipuri de aerosoli (în termeni de substanță uscată, conform MM Astrakhanov)

Conținut,%	Marca Aerosil, compoziția,%
	200; 300; 380	0	SOK84	R972	combinate
SiO2	>99,87	>99,8	82–86	>98,3	85
Al2O2			14–18		–
Fe2O3					–
TiO2			–	0,03	–
Na2O		–	–	–	–
ca		–	–	–	–
B2O3		–	–	–	–
Bi2O3		–	–	–	–
P2O5		–	–	–	–
HCI				–	0,05
amidon	–	–	–	–	–

Tabelul 2 prezintă cele mai importante proprietăți fizico-chimice ale diferitelor mărci de aerosolicare sunt utilizate pe scară largă în fabricarea medicamentelor

Tabelul 2. Proprietățile fizice și chimice ale diferitelor mărci de aerosoli

indicator	Timbre de aerosoli
	200	300	380	0	SOK-84	R-972
Suprafață specifică, m2 / g	200 ± 25	300 ± 30	380 ± 30	200 ± 25	170 ± 30	120 ± 30
Pierderi în timpul aprinderii,%	1	2	2,5	1	1	2
Dimensiunea medie a particulelor	12	7	7	12	–	16
Conținutul de umiditate,% (uscat la 105 ° C)	–	1,5	1,5	1,5	0,5	2,5
Greutate saturată, g / l, presată standard (ne-presată)	≈60≈120
porozitate	poros			neporos
pH 4% apă dispersie	3,6–4,3		–	–	3,6–4,3 3,5-4,1 (în metanol)

fabricarea de medicamente Aerosil  utilizat ca stabilizator pentru garniturile de ulei de suspensie. Are o abilitate ridicată de a adsorbi diverse lichide. Adăugarea aerosilului la compoziția uleiului și a alcoolului de apă-alcool-glicerol sporește sedimentarea, agregarea și stabilitatea agregată a acestor sisteme, creând o structură spațială suficient de puternică capabilă să rețină faza lichidă imobilizată cu particule suspendate de substanțe farmaceutice în celule. În suspensiile apoase și alcoolice apoase, efectul stabilizator al aerosilului se datorează în principal forțelor electrostatice. Sedimentarea particulelor din faza solidă în suspensii apoase-alcoolice stabilizate are loc de 3 ori mai lent decât în ​​sistemele instabile. Efectul stabilizator al Aerosil crește în prezența unei cantități mici de surfactant, de exemplu, Tween-80. Prezența aerosilului (într-o concentrație de 1,0-5,0%) în emulsii și suspensii crește stabilitatea lor, capacitatea de fixare mai bună pe piele și eficiența acțiunii terapeutice. Cu apă și alcool dioxid de siliciu la o concentrație de 3%  creează suspensii tulbure, ale căror acțiuni au o taxă negativă.

Una dintre proprietățile lui Aerosil este capacitatea sa de îngroșare (îngroșător) (tabelul 3).

Tabelul 3. Efectul de îngroșare al Aerosil-200

Această proprietate este utilizată pentru a obține geluri conținând aerosoli și baze de unguent, care includ aerosil. Ca fază lichidă pentru compozițiile lor, se utilizează un lichid de polietilsiloxan sub denumirea Esilon-5 sau Esilon-4, ulei de pește, PEG-400, ulei de ricin, uleiuri grase și altele asemenea. Esilon-5 a îngroșat 16% din Aerosil cunoscut sub numele de vaselină KV-E / 16, nu irită pielea și nu împiedică absorbția substanțelor active. Ca o fază lichidă de îngroșare este utilizată aerosil (dioxid de siliciu)  în valoare de 8-16%. Gelurile rezultate au o consistență de plastic moale, sunt bine distribuite și fixate pe piele. Aceștia au o stabilitate coloidală bună la temperaturi ridicate (≥40 ° C), păstrează consistența necesară, care nu se modifică chiar la 100 ° C și, prin urmare, gelurile și unguentele care conțin aerosoli pot fi utilizate în climatul tropical. Conform proprietăților structurale și mecanice ale gelurilor, care includ aerosil, constituie sisteme termostabile din plastic tixotrop și prezintă rezistență antimicrobiană. Conținutul cantitativ al Aerosil în sistem afectează proprietățile reologice și biofarmaceutice ale gelurilor. Creșterea dioxidului de siliciu în compoziția gelurilor conduce la o creștere a viscozității lor plastice și a proprietăților tixotropice, în timp ce în mod semnificativ se încetinește eliberarea ingredientului farmacologic activ.

Utilizarea aerosilului (dioxid de siliciu) în industria farmaceutică medicală și veterinară

Aerosil se utilizează la fabricarea tabletelor.  într-o concentrație de 0,1-0,5% ca substanță de alunecare și degresare (0,1-2,0%), care reduce timpul de dezintegrare, facilitează procesul de granulare, îmbunătățește fluiditatea masei tabletei. Proprietățile de adsorbție ale Aerosil sunt utilizate în producția de pulberi, extracte și alte preparate farmaceutice.

Numeroase studii farmacologice, toxicologice și biofarmaceutice au confirmat că, atunci când sunt utilizate pe plan intern, aerosilul este indiferent, bine tolerat de către pacienți, are proprietăți de vindecare pentru afecțiunile tractului gastro-intestinal și alte procese inflamatorii și poate fi o sursă de aprovizionare cu siliciu în organism. Există dovezi că aerosil (dioxid de siliciu)  poate contribui la reducerea mușchilor netezi și a vaselor de sânge și, de asemenea, are proprietăți antibacteriene.

Sistemele farmaceutice care conțin aerosil nu prezintă efecte iritante și toxice. Aceleași proprietăți sunt inerente la unguente atunci când se utilizează epsilon și aerosil ca bază (compoziția epsilon-5, îngroșată cu aerosil 15% în fabricarea de unguente cu antibiotice și corticosteroizi). Unguente cu Aerosil (silice)  ușor stoarse din tuburi, bine fixate pe piele, au un efect prelungit.

literatură

Zhoglo F., Wozniak V., Popovich V., Bogdan J. Substanțe auxiliare și utilizarea lor în tehnologia formelor medicinale. - Lviv, 1996; Pertsev I.M., Kotenko A.M., Chueshov A.V., Khaleeva E.L. Aspectele farmaceutice și biologice ale unguentelor: monografie. - H., 2003; Pechkovskaya K.A. Umplerea cauciucului. În cartea: Enciclopedia de polimeri. În 3 tone - M., 1974.