Silicijev dioksid: Razlika med redakcijama

'''Silicijev dioksid''', '''kremen''' ali '''kvarc''' je skupno ime različnih oblik silicijevega oksida s kemijsko formulo SiO₂. V naravi se najpogosteje pojavlja kot bolj ali manj čist kremenčev pesek, v kristalni obliki kot [[kamena strela]] in v celičnih stenah kremenčevih alg.<ref>{{cite book|author=Iler, R.K.|title=The Chemistry of Silica|publisher=Plenum Press|year=1979|isbn=047102404X}}</ref><ref>{{cite journal|authorfirst=Lynn |last=Townsend White, Jr.|year=1961|title=Eilmer of Malmesbury, an Eleventh Century Aviator: A Case Study of Technological Innovation, Its Context and Tradition|journal=Technology and Culture|volume=2|issue=2|pages=97–111|doi=10.2307/3101411|url=http://jstor.org/stable/3101411|publisher=Society for the History of Technology}}</ref>

Vlaknati SiO₂ ima podobno strukturo kot SiS₂, v kateri se verige stikajo preko robov tetraedrov. Stishovit, ki je obstojen pri večjih tlakih, ima v nasprotju z njimi strukturo [[rutil]]a, v kateri ima silicij [[koordinacijsko število]] 6. Gostota stishovita je 4,287 g/cm³ in je precej višja od gostote α-kremena (2,648 g/cm³), ki je najgostejša oblika SiO₂, obstojna pri nizkih tlakih.<ref name="Greenwood">{{navedi knjigo |author1=Greenwood, N.N., |author2=Earnshaw, A. (|year=1984), |title=Chemistry of the Elements, |location=Oxford: |publisher=Pergamon, str. 393–99, ISBN|pages=393–399 |isbn=0-08-022057-6}}</ref> Razliko v gostoti se lahko pripiše povečanju koordonacijskega števila s 4 na 6, saj so dolžine vezi v stishovitu (štiri vezi Si-O merijo 161 pm, dve pa 181 pm) večje kot v α-kremenu (161 pm).<ref>{{cite book|author=Wells A.F.|year=1984|title=Structural Inorganic Chemistry|publisher=Oxford Science Publications|isbn=0-19-855370-6}}</ref> Sprememba koordinacijskega števila poveča tudi [[elektronegativnost|ionske]] lastnosti vezi Si-O.<ref>{{cite journal|doi=10.1107/S0108767301010698|title=Electron-density distribution in stishovite, SiO2: a new high-energy synchrotron-radiation study|year=2001|author=Kirfel, A.|journal=Acta Crystallographica A|volume=57|pages=663|last2=Krane|first2=H. G.|last3=Blaha|first3=P.|last4=Schwarz|first4=K.|last5=Lippmann|first5=T.}}</ref> Še bolj pomembna je ugotovitev, da vsako odstopanje od teh standardnih parametrov povzroči mikrostrukturne razlike oziroma spremembe, ki pomenijo premik k amorfni, steklasti ali stekleni trdnini.

Če se molekularni [[silicijev monoksid]] (SiO) kondenzira v atmosferi [[argon]]a in ohladi s [[helij]]em in kisikovimi atomi, ki nastajajo z mikrovalovno razelektritvijo, nastane molekularni SiO₂ z linearno strukturo. V reakciji izoliranega dimernega silicijevega monoksida (Si₂O₂) s kisikom nastane dimerni (SiO₂)₂. V dimernem silicijevem dioksidu je eden od kisikovih atomov vgrajen med silicijeva atoma. Kót Si-O-Si meri 94°, dolžina vezi pa 164,6 pm. Dolžina vezi v končnem Si-O je 150,2 pm. Dolžina vez Si-O v skupini -SiO₂ na drugi strani molekule je 148,3 pm, kar je nekaj manj kot v α–kremenu, kjer meri 161 pm. Energija vezi je ocenjena na 621,7 kJ/mol.<ref name="Jutzi">{{cite book|authorfirst1=Peter |last1=Jutzi, |first2=Ulrich |last2=Schubert |year=2003|title=Silicon chemistry: from the atom to extended systems|publisher=Wiley-VCH|isbn=3527306471|url=http://books.google.com/?id=iRNDUz0F0rwC&pg=PP1}}</ref>

|+ Kristalne oblike SiO₂<ref name="Wiberg&Holleman">{{navedi knjigo |author=Holleman, A. F. |displayauthors=etal |year=2001 |title=Inorganic Chemistry.|edition=1 |publisher=San Diego [etc.] : Academic Press ; Berlin ; New York :& De Gruyter, cop. |isbn=0-12-352651-5 |cobiss=24318981 |pages=}}</ref>

| [[Trigonalni kristalni sistem|trigonalna]]<br />hP9, P3₁21, št. 152<ref>{{cite journal|journal=Journal of Applied Physics|year=1982|volume=53|pages=6751–6756|title=Crystal structure and thermal expansion of a-quartz SiO₂ at low temperature |authorauthor1=Lager G.A., |author2=Jorgensen J.D., |author3=Rotella F.J.|doi=10.1063/1.330062}}</ref>

| [[Heksagonalni kristalni sistem|heksagonalna]]<br />hP18, P6₂22, št. 180<ref>{{cite journal|journal= Journal of Solid State Chemistry|year=1981|volume=36|pages=371–380|title=The Structure of Quartz at 25 and 590&nbsp;°C Determined by Neutron Diffraction|authorauthor1=Wright A.F., |author2=Lehmann M.S.|doi=10.1016/0022-4596(81)90449-7}}</ref>

| [[Ortorombski kristalni sistem|ortorombska]]<br />oS24, C222₁, št. 20<ref name=trid>{{cite journal|doi=10.1524/zkri.1986.177.1-2.27|journal=Zeitschrift fur Kristallographie|year=1986 |volume=177|pages=27–38|title=Structural change of orthorhombic-I tridymite with temperature: A study based on second-order thermal-vibrational parameters|authorlast1=Kuniaki |first1=Kihara, |author2=Matsumoto T., |author3=Imamura M.}}</ref>

| [[Tetragonalni kristalni sistem|tetragonalna]]<br />tP12, P4₁2₁2, št. 92<ref>{{cite journal|journal=American Mineralogist|year=1994 |volume=79|pages=9–14|title=The pressure behavior of a cristobalite|url=http://www.geo.arizona.edu/xtal/group/pdf/AM79_9.pdf|authorauthor1=Downs R.T., |author2=Palmer D.C.}}</ref>

| [[Kubični kristalni sistem|kubična]]<br />cF104, Fd<u style="text-decoration:overline">3</u>m, št. 227<ref>{{cite journal|journal=Philosophical Magazine|year=1975|volume=31|pages= 1391–1401|title=The structures of the b-cristobalite phases of SiO₂ and AlPO₄|doi=10.1080/00318087508228690|authorauthor1=Wright A.F., |author2=Leadbetter A.J.}}</ref>

|kubična<br />cF576, Fd<u style="text-decoration:overline">3</u>m, št. 227<ref>{{cite journal|journal=Journal of Solid State Chemistry|year=1993|volume=106|pages=66–72|title=Powder Neutron Diffraction and 29Si MAS NMR Studies of Siliceous Zeolite-Y|authorauthor1=Hriljac J.A., |author2=Eddy M.M., |author3=Cheetham A.K., |author4=Donohue J.A., |author5=Ray G.J.|doi=10.1006/jssc.1993.1265}}</ref>

| Kletke [[sodalit]]a povezane s heksagonalnimi prizmami. 12-členski obroč tvori pore. Faujazitska struktura.<ref name=fau>J. Scherzer (1978). "Dealuminated faujasite-type structures with SiO₂/Al₂O₃ ratios over 100". Journal of Catalysis 54: str. 285. doi:10.1016/0021-9517(78)90051-9.</ref>

|kubična<br />cP*, P4₂32, št. 208)<ref name=mel>{{cite journal|journal=American Mineralogist|year=1963|volume=48|pages=854–867|title=Melanophlogite, a cubic polymorph of silica|authorauthor1=Skinner B.J., |author2=Appleman D.E.|url=http://www.minsocam.org/ammin/AM48/AM48_854.pdf}}</ref><br />ali<br />tetragonalna<br />P4₂/nbc<ref>{{cite journal|authorauthor1=Nakagawa T, |author2=Kihara K, |author3=Harada K|journal=American Mineralogist |volume=86|year=2001|page=1506|title=The crystal structure of low melanophlogite|url=http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/minerals/Melanophlogite}}</ref>

| tetragonalna<br />tP36, P4₁2₁2, št. 92<ref>{{cite journal|doi=10.1524/zkri.1959.112.1-6.409|journal=Zeitschrift fur Kristallographie|year=1959|volume=112|pages=409–413|title=The crystal structure of keatite, a new form of silica|authorauthor1=Shropshire J., |author2=Keat P.P., |author3=Vaughan P.A.}}</ref>

|[[Monoklinski kristalni sistem|monoklinska]]<br />mS46, C2/c, št. 15<ref>{{cite journal|journal= European Journal of Mineralogy|year=1992 |volume=4|page= 693|title=Crystal structure of moganite: a new structure type for silica|authorauthor1=Miehe G., |author2=Graetsch H.}}</ref>

|monoklinska<br />mS48, C2/c, št. 15<ref>{{cite journal|journal=American Mineralogist|year=1981|volume=66|pages=324–333|title=High-pressure crystal structure and compressibility of coesite|url=http://www.minsocam.org/ammin/AM66/AM66_324.pdf|authorauthor1=Levien L., |author2=Prewitt C.T.}}</ref>

|tetragonalna<br />tP6, P4₂/mnm, št. 136<ref>{{cite journal|journal=American Mineralogist|year=1995|volume=80|pages= 454–456|title=H in rutile-type compounds: II. Crystal chemistry of Al substitution in H-bearing stishovite|authorauthor1=Smyth J.R., |author2=Swope R.J., |author3=Pawley A.R.|url=http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/am/vol80/AM80_454.pdf}}</ref>

|ortorombska<br />oP12, Pnc2, št. 30<ref>{{cite journal|journal=American Mineralogist|year=1996|volume=81|pages=785|title=A new high-pressure silica phase obtained by molecular dynamics|authorauthor1=Belonoshko A.B., |author2=Dubrovinsky L.S., |author3=Dubrovinsky N.A.|url=http://www.minsocam.org/MSA/ammin/toc/Articles_Free/1996/Belonoshko_p785-788_96.pdf}}</ref>

|ortorombska<br />oP, Pbcn<ref>{{cite journal|authorauthor1=Dera P,. |author2=Prewitt C .T,. |author3=Boctor N .Z,. |author4=Hemley R .J. |journal=American Mineralogist |volume=87|year=2002|page=1018|title=Characterization of a high-pressure phase of silica from the Martian meteorite Shergotty|url=http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/authors/Boctor%20N%20Z}}</ref>

Za nanašanje sloja silicijevega oksida obstajajo tudi druge metode, med njimi:<ref>{{cite book|authorfirst1=Robert |last1=Doering, |first2=Yoshio |last2=Nishi|year=2007|title=Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology|publisher=CRC Press|isbn=1574446754|url=http://books.google.com/?id=Qi98H-iTgLEC&printsec=frontcover}}</ref>

* [[Polimerizacija]] tetraetil ortosilikata pri temperaturi pod 100&nbsp;°C z uporabo [[amino kislina|amino kislin]] kot [[katalizator]]jev.<ref>{{cite journal|authorauthor1=Nandiyanto, A.B.D. Nandiyanto;|author2=Kim, S.-G. Kim;|author3=Iskandar, F. Iskandar; and|author4=Okuyama, K. Okuyama|title=Synthesis of Silica Nanoparticles with Nanometer-Size Controllable Mesopores and Outer Diameters|journal=Microporous and Mesoporous Materials|issue=3|year=2009|pages= 447–453|doi=10.1016/j.micromeso.2008.12.019|volume=120}}</ref>

Pirogeni silicijev dioksid ali "kremenčev dim" je zelo finozrnata oblika SiO₂, ki se pripravlja z zgorevanjem SiCl₄ v s kisikom bogatem plamenu [[ogljikovodik]]a:<ref name="Greenwood">{{Greenwood&Earnshaw1st|pages=393–99}}</ref>

Amorfni silicijev dioksid, [[silikagel]], nastaja z nakisanjem raztopine natrijevega silikata, pri čemer nastane želatinasta oborina, ki se nato spere in dehidrira. Nastali produkt je brezbarven mikroporozen silicijev dioksid.<ref name="Greenwood">Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1984), Chemistry of the Elements, Oxford: Pergamon, str. 393–99, ISBN 0-08-022057-6.</ref>

Silicijev dioksid ima največjo [[topnost]] v vodi pri temperaturah okrog 340&nbsp;°C.<ref>{{cite journal|title=The solubility of amorphous silica in water at high temperatures and high pressures |authorauthor1=Fournier R.O., |author2=Rowe J.J.|journal=American Mineralogist|year=1977|volume=62|pages=1052–1056|url=http://www.minsocam.org/ammin/AM62/AM62_1052.pdf}}</ref> To lastnost se izkorišča za rast monokristalov kremena v hidrotermalnem procesu, v katerem se naravni kremen raztopi v pregreti vodi v tlačni posodi, ki je na vrhu nekoliko hladnejša. Na ta način lahko v 1-2 mesecih zrastejo kristali z maso 1,5 – 1&nbsp;kg.<ref name="Wiberg&Holleman"/> Monokristali so vir zelo čistega silicijevega dioksida za elektronsko industrijo.<ref name="Greenwood"/>

Preučevanje vpliva povečane vsebnosti silicijevega dioksida v pitni vodi je po petnajstih letih pokazalo, da verjetno zmanjšuje nevarnost [[demenca|demence]]. Študija je odkrila, da se s povečanjem zaužitja silicijevega dioksida v pitni vodi za 10&nbsp;mg/dan nevarnost demence zmanjša za 11%.<ref>{{cite journal|doi=10.1093/aje/kwn348|year=2009|authorauthor1=Rondeau, V; |author2=Jacqmin-Gadda, H; |author3=Commenges, D; |author4=Helmer, C; |author5=Dartigues, Jf|title=Aluminum and silica in drinking water and the risk of Alzheimer's disease or cognitive decline: findings from 15-year follow-up of the PAQUID cohort.|volume=169|issue=4|pages=489–496|pmid=19064650|journal=American journal of epidemiology|pmc=2809081}}</ref>