Oxid křemičitý

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - chemická sloučenina Oxid křemičitý (chemický vzorec SiO₂), známý také jako silika, je oxid křemíku a jedna z nejběžnějších sloučenin v zemské kůře. Vyskytuje se v mnoha krystalických i amorfních formách a je základní složkou většiny hornin a písků. Díky své tvrdosti, chemické stálosti a vysoké teplotě tání má mimořádně široké využití, od stavebnictví a sklářství přes elektroniku až po potravinářský a farmaceutický průmysl.

🌍 Výskyt v přírodě

Oxid křemičitý tvoří přibližně 60 % zemské kůry a je nejrozšířenějším oxidem na planetě. Vyskytuje se v různých formách, které se liší svou krystalovou strukturou.

Krystalické formy

Nejběžnější krystalickou formou je křemen, který je součástí mnoha hornin jako žula nebo pískovec. Křemen existuje v několika modifikacích v závislosti na teplotě a tlaku. Mezi další vysokoteplotní modifikace patří tridymit a kristobalit. Barevné odrůdy křemene, způsobené příměsemi jiných prvků, jsou ceněny jako drahokamy a polodrahokamy:

Křišťál: Čirá, bezbarvá odrůda.
Ametyst: Fialová odrůda (příměs železa).
Citrín: Žlutá odrůda (příměs železa).
Růženín: Růžová odrůda (příměs manganu nebo titanu).
Záhněda: Hnědá až kouřově černá odrůda.
Achát a chalcedon: Skrytě krystalické (mikrokrystalické) formy.

Amorfní formy

Amorfní (nekrystalický) oxid křemičitý neobsahuje uspořádanou krystalovou mřížku.

Opál: Hydratovaná forma SiO₂·nH₂O, ceněný jako drahokam.
Křemelina (diatomit): Sypká hornina tvořená schránkami jednobuněčných řas rozsivek.
Písek: Je z velké části tvořen zrnky křemene a je základní surovinou ve stavebnictví a sklářství.

🧪 Chemické a fyzikální vlastnosti

Oxid křemičitý je velmi tvrdá látka, na Mohsově stupnici dosahuje křemen stupně 7. Je chemicky velmi odolný, nereaguje s většinou kyselin s výjimkou kyseliny fluorovodíkové. S taveninami alkalických hydroxidů reaguje za vzniku křemičitanů.

Má vysokou teplotu tání (okolo 1700 °C) a varu (téměř 3000 °C). Je také výborným elektrickým izolantem, což se využívá v elektronice. Rychlým ochlazením taveniny vzniká amorfní křemenné sklo, které má velmi nízkou tepelnou roztažnost a je odolné vůči teplotním šokům.

🏭 Průmyslová výroba

Pro průmyslové účely se oxid křemičitý získává především těžbou a čištěním přírodních zdrojů, jako je křemenný písek. Pro specifické aplikace, například v elektronice nebo farmacii, kde je vyžadována extrémní čistota, se vyrábí synteticky. Metody syntetické výroby zahrnují:

Srážení z roztoků: Reakcí roztoku křemičitanu sodného (vodního skla) s kyselinou vzniká hydratovaný oxid křemičitý (silikagel).
Termická oxidace křemíku: V polovodičovém průmyslu se tenké vrstvy vysoce čistého SiO₂ vytvářejí oxidací povrchu křemíkových destiček (waferů) při vysokých teplotách.
Hydrolýza sloučenin křemíku: Například hydrolýzou chloridu křemičitého (SiCl₄).

💡 Využití

Vlastnosti oxidu křemičitého ho předurčují k širokému spektru využití v mnoha odvětvích.

Stavebnictví: Písek je klíčovou složkou betonu, malty a cementu.
Sklářství: Je základní surovinou pro výrobu téměř všech druhů skla, od obalového a plochého skla po specializované borosilikátové a křemenné sklo.
Elektronika: Díky svým izolačním vlastnostem je nezbytný při výrobě tranzistorů, integrovaných obvodů a dalších polovodičových součástek.
Optika: Vysoce čisté křemenné sklo se používá pro výrobu optických vláken, čoček a dalších optických komponent.
Potravinářství (E551): Amorfní oxid křemičitý se používá jako přídatná látka (aditivum) pod označením E551. Působí jako protispékavá látka v sypkých potravinách (sůl, koření, cukr, sušené nápoje), kde pohlcuje vlhkost a zabraňuje hrudkování. Je považován za bezpečnou látku bez známých vedlejších účinků.
Farmacie a kosmetika: Používá se jako plnivo v tabletách, zahušťovadlo v krémech a zubních pastách nebo jako jemné abrazivum v peelingových přípravcích.
Slévárenství: Křemenný písek je základem pro výrobu forem pro odlévání kovů.
Keramický průmysl: Je důležitou složkou keramických glazur a hmot.

🔬 Pro laiky: Písek, sklo a počítače

Představte si oxid křemičitý jako neuvěřitelně všestrannou stavebnici od přírody. Základním kamenem je malá "kostička" složená z jednoho atomu křemíku a dvou atomů kyslíku (SiO₂). Příroda tyto kostičky skládá různými způsoby a vytváří tak materiály s naprosto odlišnými vlastnostmi.

Když jsou kostičky poskládány do pravidelné, pevné a opakující se struktury, vznikne křemen. Je to velmi tvrdý a odolný minerál. Zrnka křemene tvoří většinu písku na plážích a pouštích. Když se do této struktury dostane pár atomů jiného prvku, křemen získá barvu a stane se z něj třeba fialový ametyst nebo růžový růženín.

Když ale vezmeme písek (tedy křemen) a roztavíme ho při obrovské teplotě, všechny pravidelné vazby mezi kostičkami se zpřetrhají. Pokud tuto tekutinu rychle zchladíme, kostičky nestihnou naskákat zpět na svá původní místa a ztuhnou v chaotickém, neuspořádaném stavu. A právě tento nepořádek je to, čemu říkáme sklo. Je průhledné, protože světlo může procházet skrz tuto neuspořádanou strukturu.

A co počítače? V srdci každého počítače a telefonu je čip vyrobený z dokonale čistého křemíku. Na tento křemík se nanáší neuvěřitelně tenká a čistá vrstva oxidu křemičitého, která funguje jako dokonalý izolant. Umožňuje řídit tok elektřiny v miniaturních tranzistorech, které jsou základem veškeré moderní elektroniky.

Takže tatáž "kostička" SiO₂ tvoří obyčejný písek pod nohama, okno, kterým se díváte ven, i supervýkonný čip ve vašem kapse.

⚠️ Zdravotní rizika

Zatímco pevný nebo amorfní oxid křemičitý (včetně potravinářského E551) je považován za bezpečný a inertní, dlouhodobé vdechování jemného prachu krystalického oxidu křemičitého je velmi nebezpečné.

Silikóza: Jde o nevyléčitelné a progresivní onemocnění plic, které vzniká zjizvením (fibrózou) plicní tkáně v důsledku usazování vdechovaných částic křemičitého prachu. To vede k dušnosti, kašli a postupné ztrátě funkce plic.
Zvýšené riziko rakoviny: Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) klasifikuje vdechovaný krystalický oxid křemičitý jako prokázaný lidský karcinogen.

Rizikovým povoláním jsou zejména horníci, pracovníci v lomech, slévárnách, stavebnictví a keramickém průmyslu, kde dochází k řezání, broušení nebo drcení materiálů s obsahem křemene. Prevence spočívá v používání ochranných pomůcek a technologií omezujících prašnost.

📚 Zajímavosti

Křemen má piezoelektrické vlastnosti, což znamená, že při mechanickém stlačení generuje elektrické napětí. Tato vlastnost se využívá v oscilátorech pro řízení frekvence v hodinkách, počítačích a vysílačích.
Aerogel, známý také jako "zmrzlý kouř", je materiál s extrémně nízkou hustotou, který je z více než 99 % tvořen vzduchem. Jeho pevnou složkou je právě oxid křemičitý.
Fulgurity, neboli "zkamenělé blesky", vznikají úderem blesku do písku, který se roztaví a následně ztuhne do podoby trubiček z křemenného skla.

Zdroje

Oxid kremičitý – Wikipédia Oxid křemičitý - Wikipedia Křemík - Wikipedia E551 - Oxid křemičitý - FÉR potravina Silicon Dioxide - informace Oxid křemičitý, Silica, Dioxosilane - Ferwer E 551 Oxid křemičitý (Křemen, Silikagel) - Seznam éček | CEFF Oxid křemičitý (oxid křemičitý) - The Ceramic School E551 - Oxid křemičitý | Éčka v potravinách | AkcniCeny.cz Výroba křemíku - IS MUNI Silikóza - WikiSkripta Mohsova stupnice tvrdosti | Základní škola Dobřichovice