详述二氧化硅的性质

二氧化硅是一种无机化合物,是硅和氧的二元化合物。它在自然界中广泛存在,是石英、石英砂、水晶等矿物的主要成分。二氧化硅有晶态和非晶态两种形态,具有不同的结构和性质。

1,物理性质

二氧化硅是一种坚硬、脆性、不溶的无色透明的固体,具有高的熔点和沸点,低的热膨胀系数,高度绝缘,耐腐蚀,压电效应,谐振效应以及其独特的光学特性。它可以透过可见光,以及红外线和紫外线。二氧化硅的密度和折射率与其结构有关,不同的晶型或非晶态有不同的数值。下表列出了二氧化硅的一些物理性质:

2,化学性质

二氧化硅是酸性氧化物,对应的最高价水化物为硅酸。二氧化硅的化学性质不活泼,不容易与水和大部分酸发生反应。通常只能与碱性氧化物反应生成盐。氢氟酸和浓热的磷酸是可以与之反应的酸。其与氢氟酸反应生成氟化硅的化学方程式为:

与强碱反应生成盐。例如:

空气中若存在一定浓度的二氧化硅粉粒时,会经人类呼吸进入肺部,引发呼吸器官的相关疾病,例如尘肺症。

拓展延伸

二氧化硅的用途很多,主要有以下几个方面:

1,制造玻璃:二氧化硅与其它化合物在高温下熔融,快速冷却可以制得玻璃。只含二氧化硅单一成分的特殊玻璃叫做石英玻璃,具有优良的光学和机械性能,常用于制造光学仪器等。

2,制造水玻璃:二氧化硅与碱金属氧化物或碱金属碳酸盐在高温下反应,生成水溶性的硅酸盐,即水玻璃。水玻璃是一种重要的无机胶凝材料,广泛用于建筑、冶金、纺织、造纸等行业。

3,制造陶瓷:二氧化硅与粘土、长石等混合,经过成型、干燥和烧结,可以制成各种陶瓷制品,如日用陶器、工业陶器、建筑陶器等。二氧化硅还可以作为釉料的组成部分,提高釉面的光泽和耐久性。

4,制造耐火材料:二氧化硅具有高的耐火度和耐腐蚀性,是制造各种耐火材料的重要原料。如耐火砖、耐火水泥、耐火涂料等。二氧化硅还可以作为耐火材料的添加剂,提高其抗渣性和抗剥落性。

5,制造气凝胶:二氧化硅可以通过水解有机硅化合物或气相沉积法制得胶态或沉淀态的二氧化硅,经过干燥和超临界萃取,可以制得具有超低密度和超高比表面积的二氧化硅气凝胶。二氧化硅气凝胶是一种新型的纳米材料,具有优异的隔热、隔音、吸附、催化等性能,可用于航空航天、环保、能源等领域。

6,制造硅铁:二氧化硅与碳或活泼金属混合,在高温下发生还原反应,制得硅单质。硅单质又与铁在高温下反应,生成含有一定比例硅的合金,即硅铁。硅铁是一种重要的冶金原料,主要用于生产钢铁和其他合金。

7,制造单质硅:二氧化硅与碳或活泼金属混合,在高温下发生还原反应,制得硅单质。单质硅是一种重要的半导体材料,广泛用于电子、通信、太阳能等领域。单质硅还可以进一步提纯和掺杂,制成各种功能的晶体管、集成电路等器件。




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