Кремния диоксид

Диоксид кремния: формула, вред и польза, применение в медицине

Диоксид кремния – это вещество, которое состоит из кристаллов. Они не имеют цвета, довольно твердые, тугоплавкие и прочные. Вещество не поддается воздействию воды и кислот.

Если повышается температура окружающей среды, то вещество взаимодействует со щелочами. Кроме того, в таких условиях он считается отличным диэлектриком и способен растворяться в плавиковой кислоте.

В природе это вещество сильно распространено. Оно содержится в горном хрустале, кварце, топазе, морионе, яшме, агате, аметисте. В обычных условиях диоксид существует в трех видах. Речь идет о кристобалите, кварце, тридимите. Если температура повышается, то вещество превращается в коэсит и стишовит.

Формула вещества – SiO2.

Данное вещество входит в состав практически всех основных горных пород. Как уже сказано выше, средство является бесцветным кристаллом. Для плавления необходима высокая температура. Она достигает 1600 градусов Цельсия.

Вещество имеет несколько полиморфных модификаций. Они описаны выше. Следует заметить, что аморфный диоксид кремния – это, иными словами, кварцевое стекло.

Вред вещества

Какое оказывает влияние диоксид кремния на организм? Ученые подтвердили, что вещество проходит через желудочно-кишечный тракт без особых изменений. После этого процесса оно выводится из организма в полной мере. Французские специалисты отмечают, что если употреблять воду с диоксидом, то можно снизить шанс развития такого заболевания, как Альцгеймер, на 10 %.

Поэтому не стоит верить ложной информации о том, что вещество плохо воздействует на организм. В качестве пищевой добавки оно имеет код E551. Если принимать его пероральным способом, то влияние диоксида кремния минимально и не приносит никакого вреда.

В воде порошок не растворяется, а отдает жидкости ионы. Из-за этого вода становится чистой на молекулярном уровне и имеет много полезных веществ. Специалисты считают, что если пить такую воду регулярно, то можно предотвратить развитие болезни Альцгеймера, а также продлить срок жизни на 10 лет.

Применение вещества

В пищевой сфере вещество уже давно известно в качестве эмульгатора. Также его используют для того, чтобы еда не комковалась.

Добавку в виде диоксида вносят в алкоголь, снеки, чипсы, орешки, сухарики, закуски к пиву, приправы, специи, сладости и другие кондитерские изделия.

Кроме того, нередко вещество имеется в составе кисломолочной продукции, преимущественно в сырах, а также тех продуктах питания, которые продаются в виде порошка (сахар, соль, мука и так далее).

Кроме того, диоксид кремния используется при создании зубных паст, энтеросорбентов и лекарственных препаратов.

Рассмотрим более подробно то, как именно диоксид используется в медицине и фармацевтике. Его используют в качестве энтеросорбента. Это вещество имеет вид порошка белого или же бело-голубого оттенка. Запаха он не имеет.

Что касается лекарственных препаратов, то коллоидный диоксид кремния используется для создания препаратов внутреннего и наружного применения. Действия средств направлено на заживление ран гнойного характера, флегмон, маститов. Кроме того, препараты купируют процессы гнойно-воспалительной природы.

Если средство находится в виде рыхлого порошка, то его можно использовать в качестве энтеросорбента. Это вещество способно вывести токсины из организма, даже соли тяжелых металлов. Добавку нередко вносят в средство от метеоризма. Благодаря ему эмульсия стабилизируется, а ее эффект улучшается.

Для того чтобы загустить спирт, глицерин, вазелин и рыбий жир, используется именно диоксид.

Диоксид также используется и в косметической сфере. Его добавляют в зубные пасты, так как он способен идеально отбелить зубы. Зубная эмаль от его воздействия не разрушается. При случайном проглатывании такое средство не влечет за собой никаких последствий.

Это вещество добавляют в скрабы, кремы, лосьоны, пудры, причем вне зависимости от предназначения по типу кожи. Благодаря диоксиду можно убрать жирный блеск, разгладить морщины и убрать неровности на коже. Удаление отмерших клеток и очищение дермы происходит за минимальный срок.

Описываемый эмульгатор позволяет предупредить комкование сыпучих продуктов. Нередко это вещество добавляют в манку, муку, сухое молоко, сахар, яичный порошок, соль, приправы. В сырах диоксид кремния необходим, чтобы текстура тертого и нарезанного ломтиками продукта была максимально стабилизированной.

В чипсах, закусках к пиву, сухариках и подобных изделиях добавка нужна для улучшения аромата. В пиво диоксид добавляется для того, чтобы сделать его светлее. Благодаря веществу его стойкость улучшается.

Кроме того, в спиртных напитках, в том числе и коньяке, добавка нейтрализует избыток щелочей, стабилизируя кислотность.

Практически все сахаристые кондитерские изделия покрывают эмульгатором. Благодаря ему увеличивается срок хранения, не появляется липкость и излишняя ломкость. Диоксид не используется для обработки шоколада.

Выше уже сказано, что вещество не оказывает пагубного воздействия на организм человека. Именно поэтому кристаллический диоксид кремния разрешен к использованию во многих странах. Однако у тех ученых, которые исследуют его, есть некоторые опасения.

Стабилизатор не растворяется в воде. Это приводит к появлению осадка в организме, который вызывает камни в почках, печени. Некоторые ученые считают, что при взаимодействии с некоторыми веществами диоксид может стать причиной онкологии.

Считается, что если употреблять продукты питания, которые содержат описываемое вещество в небольших количествах, то никаких проблем не возникнет.

Противопоказания и побочные действия

Диоксид нельзя употреблять при обострении язвы желудка и 12-перстной кишки. Кроме того, запрещено есть продукты питания с веществом при непроходимости кишечника и эрозии желудка. Лекарства с данным веществом нельзя наносить на гранулирующие и чистые раны асептического типа.

Среди побочных эффектов следует отметить несварение желудка и запор. Если речь идет о местном воздействии, то может образовываться корочка, которая будет препятствовать нормальному заживлению раны.

Диоксид кремния является довольно важным веществом, которое используют в пищевой, косметической и медицинской сферах. Оно легко добывается и не оказывает патологического воздействия на организм человека. Именно поэтому добавка разрешена во многих странах.

Кремний и его соединения

Кремний 14Si является аналогом углерода, находится в главной подгруппе IV группы, в 3-м периоде. Как и углерод, кремний является неметаллом и проявляет в своих соединениях и положительные и отрицательные степени окисления, наиболее характерными из которых являются +4 и -4.

14Si 1s22s22p63s23p2

Аr = 28,0855

Изотопы: 28Si (92.27 %); 29Si (4.68 %); 30Si (3,05 %)

ЭО = 1,8

Кремний — второй после кислорода по распространенности в земной коре элемент (27,6 % по массе). В свободном состоянии в природе не встречается, находится преимущественно в виде SiO2 или силикатов.

Соединения Si токсичны; вдыхание мельчайших частиц SiO2 и др. соединений кремния (например, асбеста) вызывает опасную болезнь — силикоз

В основном состоянии атом кремния имеет валентность = II, а в возбужденом состоянии = IV.

Наиболее устойчивой степенью окисления Si является +4. В соединениях с металлами (силицидах) С.О. -4.

Способы получения кремния

Самым распространенным природным соединением кремния является кремнезем (диоксид кремния) SiО2. Он является основным сырьем для получения кремния.

1) Восстановление SiO2 углеродом в дуговых печах при 1800'С: SiO2 + 2С = Si + 2СО

2) Высокочистый Si из технического продукта получают согласно схеме:

a) Si → SiCl2 → Si

б) Si → Mg2Si → SiH4 → Si

Физические свойства кремния. Аллотропные модификации кремния

1) Кристаллический кремний — вещество серебристо — серого цвета с металлическим блеском, кристаллическая решетка типа алмаза; т. пл. 1415'С, т. кип. 3249'С, плотность 2,33 г/см3; является полупроводником.

2) Аморфный кремний — порошок бурого цвета.

Химические свойства кремния

При низких температурах кремний химически инертен, при нагревании его реакционная способность резко возрастает.

1. С кислородом взаимодействует при Т выше 400°С:

Si + О2 = SiO2 оксид кремния

2. С фтором реагирует уже при комнатной температуре:

Si + 2F2 = SiF4 тетрафторид кремня

3. С остальными галогенами реакции идут при температуре = 300 — 500°С

Si + 2Hal2 = SiHal4

4. С парами серы при 600°С образует дисульфид:

Si + 2S = SiS2

5. Реакция с азотом происходит выше 1000°С:

3Si + 2N2 = Si3N4 нитрид кремния

6. При температуре = 1150°С реагирует с углеродом:

SiO2 + 3С = SiС + 2СО

По твердости карборунд близок к алмазу.

7. С водородом кремний непосредственно не реагирует.

8. Кремний стоек к действию кислот. Взаимодействует только со смесью азотной и фтороводородной (плавиковой) кислот:

3Si + 12HF + 4HNO3 = 3SiF4 + 4NO + 8H2O

9. реагирует с растворами щелочей с образованием силикатов и выделением водорода:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

10. Восстановительные свойства кремния используют для выделения металлов из их оксидов:

2MgO = Si = 2Mg + SiO2

Кремний образует силициды с s-металлами и большинством d-металлов.

Состав силицидов данного металла может быть различен. (Например, FeSi и FeSi2; Ni2Si и NiSi2.) Один из наиболее известных силицидов — силицид магния, который можно получать прямым взаимодействием простых веществ:

2Mg + Si = Mg2Si

Силан (моносилан) SiH4

Силаны (кремневодороды) SinH2n + 2, (ср. с алканами), где п = 1-8. Силаны — аналоги алканов, отличаются от них неустойчивостью цепей -Si-Si-.

Моносилан SiH4 — бесцветный газ с неприятным запахом; растворяется в этаноле, бензине.

Способы получения:

1. Разложение силицида магния соляной кислотой: Mg2Si + 4HCI = 2MgCI2 + SiH4

2. Восстановление галогенидов Si алюмогидридом лития:SiCl4 + LiAlH4 = SiH4↑ + LiCl + AlCl3

Химические свойства.

Силан — сильный восстановитель.

1.SiH4 окисляется кислородом даже при очень низких температурах:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2Н2О

2. SiH4 легко гидролизуется, особенно в щелочной среде:

SiH4 + 2Н2О = SiO2 + 4Н2

SiH4 + 2NaOH + Н2О = Na2SiO3 + 4Н2

Оксид кремния (IV) (кремнезем) SiO2

Кремнезем существует в виде различных форм: кристаллической, аморфной и стеклообразной. Наиболее распространенной кристаллической формой является кварц. При разрушении кварцевых горных пород образуются кварцевые пески. Монокристаллы кварца — прозрачны, бесцветны (горный хрусталь) или окрашены примесями в различные цвета (аметист, агат, яшма и др.).

Аморфный SiO2 встречается в виде минерала опала: искусственно получают силикагель, состоящий из коллоидных частиц SiO2 и являющийся очень хорошим адсорбентом. Стеклообразный SiO2 известен как кварцевое стекло.

Физические свойства

В воде SiO2 растворяется очень незначительно, в органических растворителях также практически не растворяется. Кремнезем является диэлектриком.

Химические свойства

1. SiO2 — кислотный оксид, поэтому аморфный кремнезем медленно растворяется в водных растворах щелочей:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + Н2О

2. SiO2 взаимодействует также при нагревании с основными оксидами:

SiO2 + К2О = K2SiO3;

SiO2 + СаО = CaSiO3

3. Будучи нелетучим оксидом, SiO2 вытесняет углекислый газ из Na2CO3 (при сплавлении):

SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑

4. Кремнезем реагирует с фтороводородной кислотой, образуя кремнефтористоводородную кислоту H2SiF6:

SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2Н2О

SiO2 + 4HF (газ.) = SiF4 + 2Н2О

SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2

Кремниевые кислоты

Известны:

— ортокремниевая кислота H4SiО4;

— метакремниевая (кремниевая) кислота H2SiO3;

— ди- и поликремниевые кислоты.

Все кремниевые кислоты малорастворимы в воде, легко образуют коллоидные растворы.

Способы по-лучения

1. Осаждение кислотами из растворов силикатов щелочных металлов:

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl

2. Гидролиз хлорсиланов: SiCl4 + 4Н2О = H4SiO4 + 4HCl

Силикаты — соли кремниевых кислот

Поскольку кремниевые кислоты чрезвычайно слабые, их соли в водных растворах сильно гидро лизованы:

Na2SiO3 + Н2О = NaHSiO3 + NaOH

SiO32- + Н2О = HSiO3- + ОН- (щелочная среда)

По этой же причине при пропускании углекислого газа через растворы силикатов происходит вытеснение из них кремниевой кислоты:

K2SiO3 + СO2 + Н2О = H2SiO3↓ + K2СO3

SiO3 + СO2 + Н2О = H2SiO3↓ + СO3

Данную реакцию можно рассматривать как качественную реакцию на силикат-ионы.

Среди силикатов хорошо растворимыми являются только Na2SiO3 и K2SiO3, которые называются растворимым стеклом, а их водные растворы — жидким стеклом.

Стекло

Обычное оконное стекло имеет состав Na2O • СаО • 6SiO2, т. е. является смесью силикатов натрия и кальция. Его получают сплавлением соды Na2CO3, известняка СаСO3 и песка SiO2;

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O • СаО • 6SiO2 + 2СO2↑

Цемент

Порошкообразный вяжущий материал, образующий при взаимодействии с водой пластичную массу, превращающуюся со временем в твердое камневидное тело; основной строительный материал.

Химический состав наиболее распространенного портланд-цемента (в % по массе) — 20 — 23% SiO2; 62 — 76 % СаО; 4 — 7 % Al2O3; 2-5% Fe2O3; 1- 5% МgО.

Диоксид кремния (Е551)

Кремнезем, по латыни Silicondioxide, silica – это двуокись кремния.Что же представляет собой такое соединение? Это твердые кристаллы без цвета, не имеющие запаха, они достаточно твердые, прочные, пластичные и тугоплавкие. В природе это самый обычный кварц, мельчайшие прозрачные песчинки, которые образуются при окислении кремния (Si).

SiO₂ – молекулярная (химическая) формула диоксида кремния.

Свойства диоксида кремния

Это соединение – высший, четырехвалентный кислотный оксид кремния. Он обладает идеальной устойчивостью к действию кислорода, различных кислот (при температуре плавления, равной 1 600 ºС, растворяется плавиковой кислотой, щелочами). Диоксид кремния не растворяется водой, является диэлектриком (не проводит ток).

Siliconiumdioxide- идеальный нейтрализатор щелочи.

Производство кремнезема для пищевой промышленности

В пищевой промышленности SiO₂ используют как добавку в пищу, которая имеет собственный индекс в европейской системе кодов – Е551.

Диоксид кремния в чистом виде не применяется в пищевой промышленности. В ней используют порошковый SiliconDioxide, другими словами, «белую сажу», аморфный кремнезем.

Производство Е551 осуществляется на специализированных заводах двумя методами искусственного синтезирования: нагреванием Si в кислородной среде при температуре, равной пятистам градусам по Цельсию, происходит окислительная реакция, в результате которой получается белая сажа, и в специальных стерилизаторах при tº 1 000 ºС происходит реакция паров SiliconаTetrachloridа в пламени водорода (второй метод).

Синтезированный Silicondioxide относится к группе эмульгаторов, которые обеспечивают однородность смесям несмешивающихся веществ в природе, таких, как масло (растительного и животного происхождения) и жир с водой.

Применение эмульгатора Е551 в пищевом производстве разрешено во всех странах без исключения (в том числе в РФ, Беларуси, Украине, европейских странах) при условии, что его содержание в готовом продукте не превышает лимита, т.е. 30 гр/кг. Он не наносит вред здоровью, безопасен в употреблении.

Особые требования предъявляются к упаковке и условиям хранения пищевой добавки.

Для упаковки применяют мешки, изготовленные из прочного полиэтилена или специальной оберточной бумаги (kraft), а также полипропилена (обязательное присутствие вставки из полиэтилена).

Хранить пищевую добавку Е551 следует в сухом, закрытом помещении при установленном режиме влажности и определенной вентиляции.

Использование диоксида кремния

Пока уникальные свойства вещества не были изучены, оно главным образом применялось для изготовления строительных материалов, таких как бетон и цемент.

Но по мере исследования Siliconаdioxide учеными, медиками, физиологами, химиками стали известны и другие его признаки. Вещество стали применять в радиотехнике, в производстве огнеупорных материалов и резины.

Благодаря своим свойствам вещество нашло широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе пищевой, фармацевтической, косметологической.

В пищевой промышленности эмульгатор используют как антикоагулятор (стабилизатор) и нейтрализатор, а также как загуститель. Он помогает продуктам сохранять сыпучесть, предотвращает образование комков и слеживание:

• диоксид кремния добавляют в готовые сыпучие продукты, такие как сахар, соль, мука, специи, а также сухое молоко и сливки, крахмал, яичный порошок, различные приправы и пряности, и другие;
• в молочной продукции при изготовлении сыров (для сохранения их структуры) также применяют кремнезем;
• незаменимым компонентом он является и в производстве кофе, какао;
• Е551 входит и в состав пива как абсорбент, способствует осветлению напитка, повышает его выдержку;
• широко применяется он и при производстве чипсов, сухариков, всевозможных закусок, усиливает аромат продуктов потребления;
• при изготовлении алкогольных напитков, для стабилизации кислотности и нейтрализации излишка щелочей тоже используют кремнезем;
• производство кондитерских и кулинарных изделий не обходится без применения эмульгатора Е551, им обрабатывают сладкие поверхности, за исключением тех, которые покрыты шоколадом. Он влияет на сроки реализации продукции, продлевает ее (обеспечивает свежесть, не дает слипаться изделиям), усиливает вкусовые качества и аромат.

Влияние на организм человека, польза и вред

До конца влияние на организм двуокиси кремния учеными не изучено, но из их исследований на сегодняшний день можно сделать вывод, что вещество не наносит вред здоровью при его правильном употреблении.

Диоксид кремния полностью выводится из организма, не всасывается в желудочно-кишечный тракт.

Помимо этого, Silicondioxide присутствует в организме, в крови и плазме.

Немецким физиологом на основе его практики было доказано, что кремнезем полезен для человека, он предупреждает и предотвращает атеросклероз, укрепляет и очищает сосуды. Вода кремния имеет не только абсорбирующие свойства, выводит шлаки и токсичные вещества из человеческого организма, но еще и антибактериальные.

Существует теория, что вещество оказывает положительное влияние на организм человека и сокращает риск дальнейшего развития такого заболевания, как болезнь Альцгеймера. Однако это лишь гипотеза, которую следует доказать ученым.

Ясно одно, что существенный вред здоровью может нанести пыль диоксида кремния при ее вдыхании (только на промышленных производствах). Она может послужить развитию таких заболеваний, как силикоз легких. Умеренное использование пищевой добавки Е551 безопасно для здоровья.

Диоксид кремния (Е551)

обновлено:

Декабрь 21, 2017