Sílice
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|---|---|
| General | |
Nombre sistemático |
óxido de silicio (IV) |
| nombres tradicionales | sílice; sílice |
| química fórmula | SiO2 _ |
| Apariencia | E551: en forma de nanopartículas esféricas, de 20 a 60 nm de tamaño |
| Propiedades físicas | |
| Masa molar | 60,0843 g/ mol |
| Densidad | 1,96 a 2,6 g/cm³ |
| Resistencia eléctrica específica | 10¹¹ a 10¹³ ohmios·m |
| Propiedades termales | |
| La temperatura | |
| • fusión | 1600°C |
| • hirviendo | 2950°C |
| Presion de vapor | 0 ± 1 mmHg |
| Clasificación | |
| registro número CAS | 7631-86-9 |
| PubChem | 24261 |
| registro Número EINECS | 231-545-4 |
| SONRISAS | O=[Si]=O |
| InChI | InChI=1S/O2Si/c1-3-2VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N |
| Codex Alimentarius | E551 |
| RTECS | VV7565000 |
| CHEBI | 30563 |
| ChemSpider | 22683 |
| La seguridad | |
| Concentración límite | 3mg/m³ |
| LD 50 | 3500mg/kg |
| Toxicidad | tóxico en forma de nanopartículas (E551, aerosil), días dosis para personas - 1mg/kg |
| Iconos del BCE | |
| NFPA 704 |
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| Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario. | |
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Dióxido de silicio ( sílice , SiO 2 ; lat. sílice ) - óxido de silicio (IV). Cristales incoloros , prácticamente insolubles en agua, de elevada dureza y resistencia .
El dióxido de silicio es el componente principal de casi todas las rocas terrestres , en particular, la tierra de diatomeas . La sílice y los silicatos constituyen el 87% de la masa de la litosfera . En la sangre y el plasma humanos, la concentración de sílice es del 0,001 % en peso [1] .
Propiedades
- Pertenece al grupo de los óxidos ácidos .
- Cuando se calienta, interactúa con óxidos básicos y álcalis.
- Masa molar: 60,084 g/mol
- Reacciona con ácido fluorhídrico .
- SiO 2 pertenece al grupo de óxidos formadores de vidrio, es decir, es propenso a la formación de un vidrio fundido sobreenfriado .
- Dieléctrico ( la corriente eléctrica no conduce si no tiene impurezas y no se calienta).
Polimorfismo
El dióxido de silicio tiene varios polimorfos .
El más común de ellos en la superficie de la tierra, el α - cuarzo , cristaliza en singonía trigonal . En condiciones normales, el dióxido de silicio se encuentra con mayor frecuencia en la modificación polimórfica del cuarzo α, que, a temperaturas superiores a +573 °C, se transforma reversiblemente en cuarzo β. Con un mayor aumento de la temperatura, el cuarzo se transforma en tridimita y cristobalita . Estos polimorfos son estables a altas temperaturas y bajas presiones.
Las formas también se encuentran en la naturaleza: ópalo , calcedonia , cuarzo, lutecita , cuarzo autigénico , que pertenecen al grupo de sílice. El ópalo (SiO 2 · n H 2 O) en sección delgada es incoloro, isotrópico , tiene un relieve negativo, se deposita en depósitos marinos y forma parte de muchas rocas silíceas. Calcedonia, cuarzo, lutecita - SiO 2 - son variedades criptocristalinas de cuarzo. Forman agregados fibrosos, rosetas, esferulitas, incoloras, azuladas, amarillentas. Se diferencian entre sí en algunas propiedades: para calcedonia y cuarzo, extinción directa, para lutecita, oblicua, para calcedonia, alargamiento negativo.
A alta temperatura y presión , el dióxido de silicio se convierte primero en coesita (que fue sintetizada en 1953 por el químico estadounidense Loring Coes), y luego en stishovita (que fue sintetizada en 1961 por S. M. Stishov , y en 1962 fue descubierta en el cráter Barringer ( el cráter del meteorito de Arizona) [2] [3] .Según algunos estudios[ ¿Qué? ] , la stishovita compone una parte significativa del manto , por lo que la pregunta de qué tipo de SiO 2 es más común en la Tierra aún no tiene una respuesta clara.
También tiene una modificación amorfa: vidrio de cuarzo .
Propiedades químicas
El dióxido de silicio SiO 2 es un óxido ácido que no reacciona con el agua.
Químicamente resistente a los ácidos, pero reacciona con gas fluoruro de hidrógeno :
![{\mathsf {SiO_{2}+6HF\rightarrow H_{2}[SiF_{6}]+2H_{2}O))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/13b99cb061378a488154c85d2b6585eaba673596)
Estas dos reacciones se utilizan ampliamente para fundir vidrio.
Cuando el SiO 2 se fusiona con álcalis y óxidos básicos, así como con carbonatos de metales activos, se forman silicatos, sales de ácidos silícicos muy débiles e insolubles en agua de fórmula general xH 2 O ySiO 2 que no tienen una composición constante. (Muy a menudo se mencionan ácidos no silícicos en la literatura, pero sí ácido silícico, aunque en realidad estamos hablando de la misma sustancia).
Por ejemplo, se puede hacer ortosilicato de sodio :
o mezcla de silicato de calcio y sodio:
El vidrio de las ventanas está hecho de silicato de Na 2 CaSi 6 O 14 (Na 2 O CaO 6SiO 2 ) .
La mayoría de los silicatos no tienen una composición permanente. De todos los silicatos, solo los silicatos de sodio y potasio son solubles en agua. Las soluciones de estos silicatos en agua se denominan vidrio líquido. Debido a la hidrólisis , estas soluciones se caracterizan por un ambiente fuertemente alcalino. Los silicatos hidrolizados se caracterizan por la formación de soluciones no verdaderas, sino coloidales . Al acidificar soluciones de silicatos de sodio o potasio, precipita un precipitado blanco gelatinoso de ácidos silícicos hidratados.
El principal elemento estructural tanto del dióxido de silicio sólido como de todos los silicatos es el grupo [SiO 4/2 ], en el que el átomo de silicio Si está rodeado por un tetraedro de cuatro átomos de oxígeno O. Cada átomo de oxígeno está conectado a dos átomos de silicio. Los fragmentos de [SiO 4/2 ] se pueden interconectar de diferentes maneras. Entre los silicatos, según la naturaleza de la unión de los fragmentos de [SiO 4/2 ] en ellos, se distinguen islas, cadenas, cintas, capas, marcos y otros.
En condiciones especiales interactúa con el agua.
Las propiedades oxidantes no son características y aparecen solo en reacciones con agentes reductores fuertes: carbón, aluminio, magnesio, calcio.
Conseguir
El dióxido de silicio sintético se obtiene calentando el silicio a una temperatura de +400...+500 °C en una atmósfera de oxígeno , mientras que el silicio se oxida a dióxido de SiO 2 . Así como la oxidación térmica a altas temperaturas.
En condiciones de laboratorio, la sílice sintética puede fabricarse mediante la acción de ácidos, incluso ácido acético suave , sobre silicatos solubles. Por ejemplo:
el ácido silícico se descompone inmediatamente en agua y SiO 2 , que precipita .
La sílice natural en forma de arena se usa cuando no se requiere una alta pureza del material.
Aplicación
El dióxido de silicio amorfo no poroso se utiliza en la industria alimentaria como sustancia auxiliar E551 , que evita el apelmazamiento y la formación de grumos, en parafarmacia ( pastas de dientes ), en la industria farmacéutica como sustancia auxiliar (incluida en la mayoría de las farmacopeas ), para estabilizar suspensiones y linimentos. , como bases espesantes de ungüentos, rellenos para comprimidos y supositorios. Es parte de la composición de los materiales de relleno, reduce la higroscopicidad de los extractos secos, ralentiza la liberación de sustancias biológicamente activas de varias formas de dosificación; como aditivos alimentarios y sorbentes, así como matrices para crear formas de dosificación con las propiedades deseadas, ya que no existe una estructura cristalina (amorfeno) [4] , así como un aditivo alimentario o fármaco como un enterosorbente Polysorb MP con una amplia gama de aplicaciones , teniendo en cuenta una alta superficie de sorción específica (en el rango de 300-400 m²) por 1 g de la sustancia básica.
El dióxido de silicio se utiliza en la producción de vidrio , cerámica , abrasivos , productos de hormigón , para obtener silicio , como relleno en la producción de caucho , en la producción de refractarios de sílice , en cromatografía y otros. Los cristales de cuarzo
tienen propiedades piezoeléctricas y, por lo tanto, se utilizan en ingeniería de radio , dispositivos ultrasónicos , encendedores y en la fabricación de orgonitas .
También se utiliza para fabricar cables de fibra óptica . La sílice fundida pura se usa con la adición de algunos ingredientes especiales.
El filamento de sílice también se utiliza en los elementos calefactores de los cigarrillos electrónicos, ya que absorbe bien el líquido y no colapsa bajo el calentamiento de la bobina.
Además, el dióxido de silicio ha encontrado la aplicación más amplia en la industria de los neumáticos, la producción de artículos de caucho y plásticos, la industria química, la ingeniería mecánica y en una serie de operaciones específicas:
- como portador de catalizadores y productos químicos para la protección de plantas;
- como adsorbentes y polvos filtrantes para la regeneración de productos derivados del petróleo;
- como fundente de alta calidad en procesos de metalurgia no ferrosa;
- como materia prima para la producción de vidrio, envases de vidrio y cristal ecológicos;
- como relleno en papel y cartón para obtener materiales de embalaje higiénicamente limpios para la industria alimentaria;
- polvos filtrantes para cerveza, aceites, jugos, aditivos mateantes en barnices y pinturas;
- para obtener carburo de silicio en ingeniería mecánica - motores de cerámica, piezas para el complejo de construcción de aeronaves;
- para la obtención de silicio cristalino en la industria electrónica y eléctrica, aisladores eléctricos cerámicos, fibra de vidrio, fibra óptica, fibra superfina;
- para la síntesis de zeolitas artificiales en petroquímica: craqueo de petróleo, etc.
Los grandes cristales de cuarzo transparentes se utilizan como piedras semipreciosas ; los cristales incoloros se llaman cristal de roca , violeta- amatista , amarillo- citrino .
En microelectrónica , el dióxido de silicio es uno de los principales materiales. Se utiliza como capa aislante (por ejemplo, una puerta dieléctrica en transistores de efecto de campo ), así como una capa protectora. Obtenido en forma de películas delgadas por oxidación térmica de silicio, deposición química de vapor , pulverización catódica magnetrónica .
Sílice porosa
Las sílices porosas se obtienen por varios métodos.
El silocromo se obtiene agregando aerosil , el cual, a su vez, se obtiene quemando silano ( Si H 4 ). El silocromo se caracteriza por una alta pureza y una baja resistencia mecánica. El tamaño característico de la superficie específica es de 60 a 120 m2/g. Se utiliza como absorbente en cromatografía , relleno de caucho, catálisis .
El gel de sílice se obtiene secando gel de ácido silícico. En comparación con el silocromo, tiene una pureza menor, pero puede tener una superficie extremadamente desarrollada: generalmente de 300 m²/g a 700 m²/g.
El aerogel de silicio es aproximadamente un 99,8 % de aire y puede tener una densidad de hasta 1,9 kg/m³ (solo 1,5 veces la densidad del aire).
Toxicidad
En forma de nanopartículas
La capacidad de las nanopartículas para penetrar las barreras biológicas y acumularse en el organismo, su elevada actividad química y catalítica determinan la presencia de propiedades tóxicas en muchas nanopartículas, que deben tenerse en cuenta a la hora de evaluar los posibles riesgos de su exposición en humanos. El volumen de su producción y la incapacidad para disolverse en agua y medios biológicos se utilizan como los principales criterios de riesgo para las nanopartículas. [5]
De acuerdo con TR CU 021/20111, los productos alimenticios que contienen nanopartículas o producidos con nanotecnologías y que tienen propiedades se consideran "productos de un nuevo tipo", para los cuales la evaluación de la conformidad en forma de registro estatal es obligatoria. [5]
Para 2018, en Rusia y la Unión Aduanera, alrededor de 60 tipos de productos de la nanoindustria han pasado el registro estatal como un nuevo tipo de producto alimenticio. Se trata principalmente de complementos alimenticios biológicamente activos (BAA) que contienen sustancias alimenticias en nanoforma, aditivos alimentarios complejos: emulsionantes y ciertos tipos de ayudas tecnológicas y materiales de envasado compuestos que utilizan nanoarcillas. Sin embargo, un análisis de la gama de productos alimenticios en el mercado, documentos normativos que establecen requisitos para su composición y seguridad, muestra que la escala de uso de aditivos alimentarios en forma de nanopartículas y nanomateriales en la producción de alimentos puede estar subestimada, ya que la partícula el tamaño no está regulado ni controlado por el marco regulatorio ruso ni internacional, especialmente el dióxido de silicio amorfo y el dióxido de titanio. [5]
El dióxido de silicio en forma de E551 se utiliza como agente antiaglomerante y portador. TR CU 029/20122 establece los niveles permisibles de su contenido en especias (no más de 30 g/kg), productos envueltos herméticamente en papel aluminio (30 g/kg), azúcar en polvo (10 g/kg), sal y sus sucedáneos ( 10 g/kg), quesos y derivados del queso (10 g/kg), aromas (50 g/kg). El uso de materias primas alimenticias que contengan E551 está permitido en la producción de productos alimenticios para niños. En productos alimenticios en tabletas, suplementos dietéticos para alimentos, confitería azucarada (excepto chocolate), el contenido de E551 no está regulado. Además de los productos alimenticios anteriores, la ingesta de SiO2 amorfo es posible con productos farmacéuticos y cosméticos (pastas de dientes, etc.). [5] En el volumen total de E551, una proporción significativa es su forma, como SiO2 pirogénico altamente disperso (Aerosil), que tiene un área de superficie específica de 300–380 m2/g, en forma de nanopartículas esféricas con un tamaño de alrededor de 20 a 60 nm, que se forman a nivel ultraestructural, débilmente unidos (aglomerados). [5]
Sin embargo, la especificación del JECFA para este aditivo alimentario no contiene información sobre el tamaño de sus partículas, que, por regla general, no está controlado ni declarado por los fabricantes de productos, por lo que una cantidad significativa de productos alimentarios en circulación puede contienen esta sustancia en forma de nanomaterial y, según los datos, la exposición de los alimentos humanos a las nanopartículas de SiO2 puede superar actualmente los 1,8 mg/kg de peso corporal al día. En estudios en animales de laboratorio, las nanopartículas de SiO2 estaban biodisponibles cuando ingresaban al tracto gastrointestinal, y en un experimento subagudo de 3 meses a una dosis de SiO2 de tamaño nanométrico del tipo Aerosil de 100 mg/kg de peso corporal, se observó leucopenia en animales, disminuyó la proporción de T-helper, aumentó la proporción de linfocitos citotóxicos, disminuyó el índice inmunorregulador (CD4/CD8), se observó un desequilibrio de citoquinas pro y antiinflamatorias, lo que en conjunto significa un efecto adverso sobre el sistema inmunológico. Un estudio morfológico demostró que el blanco de acción de las nanopartículas de SiO2 suministradas con los alimentos es la membrana mucosa del intestino delgado, donde se observa una infiltración masiva de linfomacrofagos y eosinófilos en las vellosidades. [5]
Teniendo en cuenta la introducción de dos factores de seguridad de 10 veces al transferir datos obtenidos en modelos in vivo a humanos, la posible dosis diaria permitida de nanopartículas de SiO2 de los alimentos no supera 1 mg/kg de peso corporal. [5]
- Anteriormente, se creía que la sustancia tiene baja toxicidad: MPC en el área de trabajo es de 3 mg/m³. DL50 en ratas - 3500 mg/kg. (¿fuente?)
- Cuando el dióxido de silicio ingresa a los tejidos del cuerpo, aparecen granulomas y se desarrollan gradualmente .
- Cuando se inhala polvo, se produce irritación de las vías respiratorias y también se producen diversas enfermedades del tracto alimentario. La exposición crónica al polvo puede causar silicosis pulmonar [1] .
Notas
- ↑ 1 2 Sájarov, 1990 .
- ↑ Manual del químico 21 - Stishovite . Consultado el 23 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2019.
- ^ Lisichkin G.V. Química de compuestos de superficie injertados . Consultado el 23 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 19 de junio de 2017.
- ↑ Química médica y uso clínico del dióxido de silicio: monografía. / [PERO. A. Chuiko, V. A. Tertykh, V. V. Lobanov y otros]; ed. A. A. Chuiko; Nacional académico Ciencias de Ucrania. Instituto de Química de Superficies. - Kiev: Naukova Dumka , 2003. - 414, [1] p. : il., tab. - ISBN 966-00-0185-1 .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Gmoshinsky I.V., Shipelin V.A., Khotimchenko S.A. Nanomateriales en productos alimenticios y sus envases: un análisis comparativo de riesgos y beneficios.Análisis de riesgos para la salud. - 2018. - Emisión. 4 . — Pág. 134–142 . — ISSN 2308-1155 .
Literatura
- I. E. Neimark // Gel de sílice, su preparación, propiedades y aplicación. 1973 - Kyiv - 200 págs.
- Sakharov V.V. Dióxido de silicio // Enciclopedia química : en 5 volúmenes / Cap. edición I. L. Knunyants . - M .: Enciclopedia soviética , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 517-518. — 671 pág. — 100.000 copias. — ISBN 5-85270-035-5 .
- A. I. Vrublevsky // Fundamentos de Química