二氧化矽:化學無機物-中文百科頻道

理化性質

物理性質

晶态二氧化矽

密度：2.2g/cm3

熔點：1723℃

沸點：2230℃

折射率：1.6

受熱時的變化:與強堿在加熱時熔化，生成矽酸鹽

溶解度：不溶于水，能與HF作用生成氣态SiF4

化學性質

化學性質比較穩定。不跟水反應。是酸性氧化物，不跟一般酸反應。氫氟酸跟二氧化矽反應生成氣态四氟化矽。跟熱的濃強堿溶液或熔化的堿反應生成矽酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成矽酸鹽。二氧化矽的性質不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（熱濃磷酸除外）。

常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化矽，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化矽，鑒于此性質，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化矽溶解的酸，生成易溶于水的氟矽酸。

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O

SiO2+2NaOH（濃）=Na2SiO3+H2O

SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑（高溫）

SiO2+CaO=CaSiO3

SiO2+2C=2CO↑+Si

制備方法

非晶态二氧化矽的制備方法

非晶态二氧化矽的制備包含五步，分别是制備二氧化矽質的凝膠、造粒工序、燒結工序、清洗工序、幹燥工序。

1：制備二氧化矽質的凝膠

使四氯化矽水解而生成二氧化矽質的凝膠、或使四甲氧基矽烷等有機矽化合物水解而生成二氧化矽質的凝膠、或者使用氣相二氧化矽生成二氧化矽質的凝膠。

2：造粒工序

通過幹燥該二氧化矽質的凝膠而成為幹燥粉，粉碎該幹燥粉後，進行分級，由此得到所期望平均粒徑的二氧化矽粉末。

3：燒結工序

對造粒工序中所得到的二氧化矽粉末在800℃~1450℃的溫度進行燒結，利用熱等離子體的球化工序，在以預定的流量導入氩氣并以預定的高頻輸出功率産生等離子體的等離子體炬内，以預定的供給速度投入燒結工序得到的二氧化矽粉末，在從2000℃至二氧化矽的沸點的溫度加熱并熔融。

4：清洗工序

去除附着于上述球化工序後的球化二氧化矽粉末表面上的微粉。

5：幹燥工序

幹燥上述清洗工序後的二氧化矽粉末。

晶态二氧化矽的制備方法

将含有二氧化矽的原料（矽源）、水、結構導向劑、堿或酸按一定的比例混合均勻，投入耐壓反應釜内密封，然後升溫至100-220℃，恒溫5小時至10天，反應結束後，将反應釜迅速冷卻，反應産物用水或稀酸洗滌至pH為8-11，烘幹得到原粉，原粉或加入粘結劑成型後的産物在馬弗爐或管式爐中焙燒活化。

物質簡介

二氧化矽的化學式為SiO2。二氧化矽有晶态和無定形兩種形态。自然界中存在的二氧化矽如石英、石英砂等統稱矽石。純石英為無色晶體，大而透明的棱柱狀石英晶體叫做水晶，含微量雜質而呈紫色的叫紫水晶，淺黃、金黃和褐色的稱煙水晶。玉髓、瑪瑙和碧玉都是含有雜質的有色石英晶體。沙子是混有雜質的石英細粒。蛋白石、矽藻土則是無定形二氧化矽。二氧化矽用途很廣泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、氣凝膠氈、矽鐵、型砂、單質矽、水泥等，在古代，二氧化矽也用來制作瓷器的釉面和胎體。一般的石頭主要由二氧化矽、碳酸鈣構成。

晶态二氧化矽的熔點1723℃，沸點2230℃，不溶于水。除氟氣和氫氟酸外，二氧化矽跟鹵素、鹵化氫和無機酸均不反應，但能溶于熱的濃堿、熔融的強堿或碳酸鈉中。此外，高溫時二氧化矽能被焦炭、鎂等還原。常溫時強堿溶液與SiO2會緩慢反應生成矽酸鹽，故貯存強堿溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞（玻璃中含SiO2），否則會生成有黏性的矽酸鈉Na2SiO3，使瓶塞和瓶口黏結在一起。由于SiO2能與氫氟酸反應，因此不能用玻璃容器盛放氫氟酸。

物質結構

矽和碳的性質相似，但它們氧化物的性質卻有很大差異。CO2是分子晶體，而SiO2是原子晶體。SiO2是以矽氧四面體為基本結構形成的立體網狀結構，在晶體結構中，矽原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵，Si原子處在正四面體中心，O原子位于四面體頂點。每個矽原子與四個氧原子相連，每個氧原子與兩個矽原子相連。晶體中最小環由12個原子（6個矽原子和6個氧原子）構成，每個矽被6個環所共用，晶體中矽氧原子個數比為1:2。

礦物分類

在沉積岩中，二氧化矽礦物主要出現在碎屑岩和矽質岩中。它既可以作為陸源礦物，也可以呈自生礦物出現。這兩種二氧化矽礦物的成因極不相同，必須把它們區分開來。

陸源礦物

陸源礦物即碎屑石英顆粒。有些碎屑石英顆粒含有包裹體，其包裏體可以分為氣液包裏體和礦物包裹體兩類。礦物包裹體又可根據礦物的晶形分為粒狀、針狀和片狀礦物等。包裹體的類型與石英的來源有關。一般地說，氣液包裹體多者（乳狀石英）幾乎都是來自石英脈；片岩及其他高級變質岩中的石英少見氣液包裹體；火山岩中的石英常清澈如水，很少含包裹體；而具金紅石針狀包裹體者多來自花崗岩。但是，由于包裹體在母岩中的産狀比較複雜，顆粒非常細小，鑒定又難，故其應用頗受限制。

根據石英的消光特征，可以将它分為無波狀消光石英和波狀消光石英兩類。波狀消光是一種應變晶體的簡單的光性表現，大多數岩石無論在結晶過程中或是在晶體形成之後，都會遭受某種變形。據統計，在深成侵入岩和變質岩中，無波狀消光的石英是很少的，一般不到10%；反之，在火山岩中，則很少見到波狀消光的石英，一般也不到10%。而且随着時代的變老，波狀消光石英的含量也相應增加，因此石英的消光特征并不是母岩類型的可靠标志，甚至有人認為，用波狀消光來确定母岩性質是無效的。

根據石英的内部結構，又可将它分為單晶石英和多晶石英（又稱複晶石英）。單晶石英指的是由單個晶體所組成的顆粒，而多晶石英指的是兩個或更多個晶體的集合體，包括來自火成岩、變質岩和沉積岩的顆粒。一般來說，多晶石英的顆粒都比較大，且多晶形式是比較不穩定的。

自生礦物

自生二氧化矽礦物有三種變體，即蛋白石、玉髓和石英。此類礦物既可以單獨組成岩石，又可以呈膠結物産出。

1、蛋白石

蛋白石是直接從水溶液析出SiO2，膠體脫水而成的，因而是非晶質的，含水量很高（可達10%）。在薄片中，蛋白石無色透明，具負高突起。由于色散效應，在蛋白石與樹膠或石英接觸處顯黃色。無解理。正交鏡下全消光。蛋白石易與火山玻璃碎屑相混，但玻屑具特殊外形，其折光率不會低于1.490。蛋白石也容易和方沸石相混，但方沸石具有解理。與螢石的區别是，螢石有晶形且具解理。蛋白石是準穩定礦物，容易重結晶向玉髓轉變。因此，它僅存在于年輕地層中。

2、玉髓

玉髓是隐晶質的SiO2礦物，是由蛋白石結晶而成的，故其是介于蛋白石和石英之間的過渡類型。在薄片中，玉髓無色透明，負低突起。正交鏡下可見纖維狀晶體，呈花瓣或扇狀集合體，轉動物台，玉髓纖維依次達到消光位，消光影呈波浪狀移動，這種消光特點稱扇狀消光。有時玉髓為球狀集合體，十字消光。Ⅰ級灰幹涉色，主要為平行消光。福克曾提出要特别注意碳酸鹽岩中一種自生玉髓的類型，它可以用以判斷沉積環境和成岩環境。福克将這類玉髓分為負延性玉髓（負玉髓）、正延性玉髓（正玉髓）、水玉髓和斑狀玉髓。前者為淡水環境沉積或交代的産物，一般玉髓多屬此類。後三種玉髓可能是在蒸發環境中SiO2直接沉澱的，或是SiO2交代蒸發礦物形成的。

3、石英

自生石英多是由蛋白石經玉髓階段重結晶而來，也有從溶液中直接緩慢沉澱而成的。自生石英的主要特征是外形沒有任何磨蝕痕迹，彼此間常呈鑲嵌狀，有時呈自形晶體，有時外形與其所在空間相适應。自生石英呈次生加大邊産出，次生加大邊光潔透亮，與所圍繞的石英顆粒的成分、光性方位相同，但它們之間常有一圈鐵或黏土的薄膜分隔。

物質用途編輯播報

二氧化矽是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導纖維、電子工業的重要部件、光學儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學研究的重要材料。

當二氧化矽結晶完美時就是水晶；二氧化矽膠化脫水後就是瑪瑙；二氧化矽含水的膠體凝固後就成為蛋白石；二氧化矽晶粒小于幾微米時，就組成玉髓、燧石、次生石英岩。物理性質和化學性質均十分穩定的礦産資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）。石英塊又名矽石，主要是生産石英砂(又稱矽砂)的原料，也是石英耐火材料和燒制矽鐵的原料。

除此之外，二氧化矽還可以作為潤滑劑，是一種優良的流動促進劑，主要作為潤滑劑、抗黏劑、助流劑。特别适宜油類、浸膏類藥物的制粒，制成的顆粒具有很好的流動性和可壓性。還可以在直接壓片中用作助流劑。作為崩解劑可大大改善顆粒流動性，提高松密度，使制得的片劑硬度增加，縮短崩解時限，提高藥物溶出速度。顆粒劑制造中可作内幹燥劑，以增強藥物的穩定性。還可以作助濾劑、澄清劑、消泡劑以及液體制劑的助懸劑、增稠劑。

物質用途

二氧化矽是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導纖維、電子工業的重要部件、光學儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學研究的重要材料。

當二氧化矽結晶完就是水晶；二氧化矽膠化脫水後就是瑪瑙；二氧化矽含水的膠體凝固後就成為蛋白石；二氧化矽晶粒小于幾微米時，就組成玉髓、燧石、次生石英岩。物理性質和化學性質均十分穩定的礦産資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）。石英塊又名矽石，主要是生産石英砂(又稱矽砂)的原料，也是石英耐火材料和燒制矽鐵的原料。

食用建議

FAO/WHO（2001）規定最大使用量用于乳粉、可可粉、加糖可可粉、食用納脂、可可脂，用量10mg/kg；奶油脂為1g/kg；塗敷用蔗糖粉和葡萄糖粉、湯粉、湯塊15g/kg；美國FDA規定本品作為抗結劑最高限量為2%。GB2760—2011《食品安全國家标準食品添加劑使用标準》規定将其用于蛋粉、乳粉、可可制品、脫水蛋白制品、糖粉、植脂性粉末、固體飲料、孕産婦配方食品，最大使用量為15g/kg；香辛料類、固體複合調味料最大使用量為20g/kg；豆制品加工最大使用量0.025g/kg。

除以上之外，我國還有磷酸三鈣做抗結劑，常用于乳粉和奶油粉，最大使用量10.0g/kg；小麥粉，最大使用量0.03g/kg；複合調味料，最大使用量20.0g/kg；固體飲料，最大使用量8.0g/kg；油炸小食品，最大使用量2.0g/kg。