Was ist Siliziumdioxid?
Siliziumdioxid ist eine Verbindung aus Silizium und Sauerstoff.
Es wird oft als Kieselerde bezeichnet, und die häufigsten natürlich vorkommenden Vertreter sind Quarz, Schuppenkieselerde und Cristobalit. Insbesondere Quarz macht etwa 12 % der Erdkruste aus und ist weltweit weit verbreitet. Neben den Mineralien verwenden auch Kieselalgen und einige Schwämme Siliziumdioxid als Skelett oder Schale. Auch andere Pflanzen, wie einige Farne und Gräser, enthalten es.
Anwendungen von Siliziumdioxid
Siliziumdioxid wird wie folgt verwendet:
1. Quarzglas
Siliziumdioxid in Glasform wird als Quarzglas bezeichnet. Quarzglas wird in großem Umfang in analytischen Zellen, bei der Herstellung von Halbleiterelementen und als Glasfasermaterial verwendet. Quarzglas hat einen geringen Anteil an metallischen Verunreinigungen, ist hitzebeständig, lässt Licht in einem breiten Wellenlängenbereich gut durch und wird von Säuren und Laugen nicht leicht angegriffen.
2. Kieselgel
Kieselgel, das aus Kieselsäure hergestellt wird, hat die Fähigkeit, Feuchtigkeit aus der Luft zu absorbieren. Es wird daher häufig als Adsorptionsmittel und Trockenmittel verwendet, insbesondere zur Trocknung von Lebensmitteln.
3. Kieselgelpartikel
Sie weisen je nach ihrer Form (kugelförmig oder schuppenförmig), ihrer Partikelgröße und ihrer Porosität unterschiedliche Eigenschaften auf. Sie werden in verschiedenen Anwendungen wie Kosmetika, HPLC-Säulen und Beschichtungen eingesetzt. Kolloidale Kieselsäure besteht aus in einem Lösungsmittel wie Wasser dispergierten Kieselsäurepartikeln und wird als Schleifmittel verwendet.
4. Pyrogene Kieselsäure
Pyrogene Kieselsäure, auch als trockene Kieselsäure oder hochdisperse Kieselsäure bezeichnet, ist ein weißes Pulver mit sehr geringer Schüttdichte. Bekannte Herstellungsverfahren sind die Flammenhydrolyse von Siliciumtetrachlorid, bekannt als Trockenverfahren, und die Zersetzung von Wasserglas mit anorganischer Säure, bekannt als Nassverfahren. Es wird als Rheologiemodifikator verwendet.
5. Kieselsäure-Aerogele
Silica-Aerogel ist ein poröses Material, das aus Siliziumdioxidpartikeln besteht, die ein dreidimensionales Netzgerüst mit einem Porenabstand von etwa 50 nm bilden. Da die Poren sehr klein sind, ist es transparent. Da mehr als 90 % seines Volumens aus Luft bestehen, weist es außerdem eine hohe Wärmedämmleistung auf. In der Regel wird es durch Auflösen von Alkoxysilan wie Tetraethoxysilan (TEOS) in einem Lösungsmittel wie Ethanol, Hydrolyse mit einer Säure oder Base, Gelatinierung, Alterung und anschließende superkritische Trocknung hergestellt.
Eigenschaften von Siliziumdioxid
Siliziumdioxid wird durch die chemische Formel SiO2 dargestellt und hat eine Molmasse von 60,08. Es zeichnet sich durch hohe Hitzebeständigkeit und Korrosionsschutz aus und wird als Werkstoff für Glas und Keramik verwendet. Es reagiert mit Flusssäure unter Bildung von Hexafluorkieselsäure (H2SiF6).
Arten von Siliziumdioxid
Siliziumdioxid hat mehrere Kristallformen. Die Kristalle haben eine riesige dreidimensionale Molekülstruktur mit O-Atomen, die sich benachbarte Si-Atome in einem SiO4-Tetraeder teilen. Die kristalline Morphologie unterscheidet sich je nach der SiO4-Anordnung, und die stabile Morphologie hängt von Bedingungen wie Temperatur und Druck ab. Einige Kristalltypen sind unten aufgeführt:
1. Cristobalit
Cristobalit hat kubische, oktaedrische Kristalle und wenn man sich nur auf die Si-Atome konzentriert, ist die Kristallstruktur die gleiche wie bei Diamant.
2. Tridymit
Tridymit hat sechseckige, hexagonale, plattenförmige Kristalle und es gibt zwei Arten von Kristallstrukturen: den Hochtemperaturtyp und den Tieftemperaturtyp, wobei der Tieftemperaturtyp im Vergleich zum Hochtemperaturtyp ein leicht zerkleinertes Kristallgitter aufweist.
3. Quarz
Es gibt Hochtemperatur- und Tieftemperatur-Kristallstrukturen, wobei es sich beim Hochtemperaturtyp um hexagonale pyramidale Kristalle des hexagonalen Kristallsystems und beim Tieftemperaturtyp um hexagonale säulenförmige Kristalle des dreieckigen Kristallsystems handelt. Tieftemperatur-Quarz mit gut ausgebildeten Kristallen wird als Quarz bezeichnet.
4. Coesit
Coesit hat monokline Kristalle. Er wird durch konzentrierte Flusssäure nicht erodiert.
5. Stishovit
Stishovit hat tetragonale Kristalle mit einer rutilartigen Kristallstruktur.
Weitere Informationen zu Siliziumdioxid
Siliziumdioxid als Rohstoff für Glas
Siliziumdioxid ist der Hauptbestandteil von Kalknatronglas, das wir in Gebäuden, Fahrzeugen und anderen Alltagsgegenständen sehen. Das Siliziumdioxid für die Glasherstellung wird aus Quarzsand gewonnen. Für das Schmelzen von Quarzsand allein sind hohe Temperaturen von über 1700 °C erforderlich, aber durch die Zugabe von Soda oder Kalk wird die Schmelztemperatur gesenkt und das Glas stabiler gemacht.