Qu’est-ce que le dioxyde de silicium ?
Le dioxyde de silicium est un composé de silicium et d’oxygène.
Il est souvent appelé silice et les représentants naturels les plus courants sont le quartz, la pierre de silice écailleuse et la cristobalite. Le quartz représente environ 12 % de la croûte terrestre. Outre les minéraux, les diatomées et certaines éponges utilisent le dioxyde de silicium comme squelette ou coquille. D’autres plantes, comme certaines fougères et plantes herbacées, en contiennent également.
Utilisations du dioxyde de silicium
Les utilisations du dioxyde de silicium sont les suivantes :
1. Verre de silice
Le dioxyde de silicium sous forme de verre est appelé verre de silice. Il est largement utilisé dans les matériaux pour cellules analytiques, dans la fabrication d’éléments semi-conducteurs et comme matériau pour fibres optiques. Le verre de silice contient peu d’impuretés métalliques, résiste à la chaleur, laisse passer la lumière sur une large gamme de longueurs d’onde et n’est pas facilement attaqué par les acides et les alcalis.
2. Gel de silice
Le gel de silice, fabriqué à partir de silice, a la capacité d’absorber l’humidité de l’air. Il est donc largement utilisé comme adsorbant et déshydratant, notamment pour le séchage des aliments.
3. Particules de silice
Les particules de silice présentent différentes propriétés en fonction de leur forme (sphérique ou écailleuse), de leur taille et de leur porosité. Elles sont utilisées dans diverses applications telles que les cosmétiques, les colonnes HPLC et les revêtements. La silice colloïdale est constituée de particules de silice dispersées dans un solvant tel que l’eau et est utilisée comme abrasif.
4. Silice pyrogénée
La silice pyrogénée, également connue sous le nom de silice sèche ou de silice hautement dispersée, est une poudre blanche de très faible densité apparente. Les méthodes de production connues sont l’hydrolyse à la flamme du tétrachlorure de silicium, connue sous le nom de méthode sèche, et la décomposition du verre soluble avec de l’acide inorganique, connue sous le nom de méthode humide. Utilisé comme modificateur rhéologique.
5. Aérogels de silice
L’aérogel de silice est un matériau poreux composé de particules de dioxyde de silicium formant un réseau tridimensionnel avec un espacement des pores d’environ 50 nm. Les très petits pores le rendent transparent. Il présente également des performances élevées en matière d’isolation thermique, car plus de 90 % de son volume est constitué d’air. Il est généralement préparé en dissolvant un alcoxysilane tel que le tétraéthoxysilane (TEOS) dans un solvant tel que l’éthanol, en l’hydrolysant avec un acide ou une base, en le gélatinisant, en le faisant mûrir et en le séchant de manière supercritique.
Propriétés du dioxyde de silicium
Le dioxyde de silicium est représenté par la formule chimique SiO2 et a une masse molaire de 60,08. Il présente une résistance élevée à la chaleur et des propriétés anticorrosion et est utilisé comme matériau pour le verre et la céramique. Il réagit avec l’acide fluorhydrique pour former de l’acide hexafluorosilicique (H2SiF6).
Types de dioxyde de silicium
Le dioxyde de silicium se présente sous plusieurs formes cristallines. Les cristaux ont une énorme structure moléculaire tridimensionnelle, avec des atomes O partagés entre des atomes Si voisins dans un tétraèdre SiO4. Différents arrangements de SiO4 donnent lieu à différentes formes de cristaux, la forme stable dépend de conditions telles que la température et la pression. Quelques types de cristaux sont présentés ci-dessous.
1. Cristobalite
Cristaux cubiques, octaédriques ; si l’on se concentre uniquement sur les atomes de Si, la structure cristalline est la même que celle du diamant.
2. Tridymite
Cristaux hexagonaux, en plaquettes hexagonales. Il existe deux types de structure cristalline : le type à haute température et le type à basse température. Le type à basse température présente un réseau cristallin légèrement écrasé par rapport au type à haute température.
3. Quartz
Il existe des structures cristallines à haute et à basse température, le type à haute température étant constitué de cristaux hexagonaux, pyramidaux hexagonaux et le type à basse température étant constitué de cristaux triangulaires, hexagonaux en forme de colonne. Le quartz à basse température avec des cristaux bien formés est appelé quartz.
4. Corsite
Cristaux monocliniques. Elle n’est pas érodée par l’acide fluorhydrique concentré.
5. Stishovite
Cristaux tétragonaux avec une structure cristalline de type rutile.
Autres informations sur le dioxyde de silicium
Le dioxyde de silicium comme matière première du verre
Le dioxyde de silicium est le principal composant du verre sodocalcique, que nous voyons dans notre vie quotidienne, dans les bâtiments et les véhicules. Le dioxyde de silicium utilisé dans la production du verre provient du sable siliceux. La fusion du sable siliceux seul nécessite des températures élevées de plus de 1 700°C, mais l’ajout de soude ou de chaux réduit la température de fusion et rend le verre plus stable.