Диоксид кремния, известный как пищевая добавка под номером Е551, имеет вид кристаллического вещества, не обладающего цветом. Это соединение имеет высокую степень прочности и твердости. Диоксид проявляет устойчивость к влиянию кислот, а также не вступает в реакцию с водой.

В природе соединение можно встретить в виде кварца, обычный песок состоит из мельчайших кварцевых зерен. Диоксид в данной форме применяется в таких областях и технологиях, где не стоит условие касательно высокой степени чистоты материала. Оксид кремния в виде кристаллов представлен яшмой, горным хрусталем, агатом, морионом, аметистом, халцедоном, топазом. На дне океанов образуется аморфный диоксид кремния из погибших водорослей и инфузорий.

Синтетическое вещество получают через окисление кремния при температуре около 500 градусов по Цельсию в атмосфере кислорода.

Пищевая добавка Е551 известна также под названиями аэросил, аморфный диоксид кремния, кремнезем, белая сажа, тонкодисперсный диоксид.

Диоксид кремния: применение

Пищевой диоксид кремния благодаря своим свойствам нашел широкое распространение как эмульгатор и вещество, препятствующее слеживанию и комкованию. Эту добавку можно встретить в таких группах продуктов:

• кисломолочная продукция, чаще всего – в сырах;
• приправы, специи, сушеные пряности;
• кондитерские изделия, сладости;
• продукты питания в виде порошка, например, соль, сахар, мука;
• разнообразные снеки, чипсы, орешки в различных глазурях, закуски к пиву, сухарики;
• алкогольные напитки.

Свое применение диоксид кремния нашел при производстве зубных паст, энтеросорбентов, некоторых видов лекарств.

Соединение используется во время производства керамики, стекла, абразивов, изделий из бетона, в качестве наполнителя в процессе производства резин, для получения кремния, во время производства кремнеземистых огнеупоров, в сфере хроматографии и др. Благодаря пьезоэлектрическим свойствам, которыми обладают кристаллы вещества, применение диоксид кремния нашел в ультразвуковых установках, а также радиотехнике.

Пленки диоксида, которые были получены искусственным путем, применяются как изолятор во время производства микросхем и иных электронных компонентов. Диоксид в чистом плавленом виде в сочетании с разными специальными ингредиентами применяется с целью производства волоконно-оптических кабелей.

Диоксид кремния: вред

Пищевой диоксид кремния, известный в качестве добавки под номером Е551, причисляется к группе химических соединений, которые разрешены к использованию в производственных процессах продуктов питания. Но согласно предостережениям ряда специалистов, существует и вред диоксида кремния для организма человека, который проявляется в случае взаимодействия с соединением.

Однако стоит отметить, что вред диоксид кремния может нанести в случае пренебрежения мерам предосторожности во время работы с веществом в чистом виде. Например, пыль, которая образуется в процессе взаимодействия диоксида с иными химическими реагентами, может вызывать серьезные раздражения легких и бронхов человека.

В случае употребления соединения внутрь, в неизменном состоянии оно проходит через желудочно-кишечный тракт, а после естественным образом покидает организм. Также заметим, что во Франции в течение пятнадцати лет проходили исследования касательно данной добавки, которые показали, что в случае употребления воды с высоким уровнем содержания диоксида сокращается риск развития болезни Альцгеймера на целых 11%.

Популярные статьи Читать больше статей

02.12.2013

Все мы много ходим в течение дня. Даже если у нас малоподвижный образ жизни, мы все равно ходим – ведь у нас н...

610240 65 Подробнее

10.10.2013

Пятьдесят лет для представительниц прекрасного пола – это своеобразный рубеж, перешагнув который каждая вторая...

451130 117 Подробнее

02.12.2013

В наше время бег уже не вызывает массу восторженных отзывов, как это было лет тридцать назад. Тогда общество б...

356878 41 Подробнее

Для химического элемента с порядковым номером 14, находящегося в таблице Менделеева в IV группе 3 периода и III ряда, возможно образование двух оксидов кремния, состоящих из двух элементов Si и O:

• моноксид кремния, в котором Si двухвалентен, химическая формула этого окисда может быть представлена, как SiO;
• диоксид кремния — это кремния, в котором Si четырехвалентен, химическая формула его записывается, как SiO2.

Кремний (IV) оксид по внешнем виду представляет собой прозрачные кристаллы. Плотность SiO2 равняется 2,648 г/см³. Вещество плавится в пределах температур от 1600 до 1725 °С, кипит при температуре 2230 °С.

Оксид кремния SiO2 был известен своей твердостью и прочностью с древних времен, наиболее распространен в природе в или кварца, а также в диатомовых водорослей. Вещество имеет много полиморфных модификаций, наиболее часто встречается в двух видах:

• кристаллический - в виде природного минерала кварца, а также его разновидностей (халцедон, горный хрусталь, яшма, агат, кремень); кварц является основой это незаменимый строительный материал и сырье для силикатной промышленности;
• аморфный встречается в виде природного минерала опала, состав которого можно описать формулой SiO2 . nH2O; землистыми формами аморфного SiO2 являются трепел (горная мука, инфузорная земля) или диатомит; искусственный аморфный безводный кремнезем — это силикагель, который изготавливают из метасиликата натрия.

Оксид кремния SiO2 является кислотным окислом. Именно этот фактор определяет его химические свойства.

Фтор реагирует с двуокисью кремния: SiO2 + 4F → SiF4 +O2 с образованием бесцветного газа тетрафторида кремния и кислорода, в то время как другие газы (галогены Cl2, Br2, I2) реагируют менее активно.

Оксид кремния IV взаимодействует с с получением кремнефтористоводородной кислоты: SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O. Это свойство используется в полупроводниковой промышленности.

Кремний (IV) оксид растворяется в горячей концентрированной или расплавленной щелочи с образованием силиката натрия: 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O.

Двуокись кремния реагирует с основными оксидами металлов (например, с оксидами натрия, калия, свинца (II), цинка или смесью оксидов, что используется в производстве стекла). Для примера можно привести реакции окиси натрия и SiO2, в результате которых могут образовываться: ортосиликат натрия 2Na2O + SiO2 → Na4SiO4, силикат натрия Na2O + SiO2 → Na2SiO3, и стекло Na2O + 6SiO2 + XO → Na2O: XO: 6SiO2. Примерами такого стекла, имеющего коммерческое значение, являются натрий-кальциевое стекло, боросиликатное стекло, свинцовое стекло.

Двуокись кремния при высоких температурах взаимодействует с кремнием, в результате получается газообразный монооксид: Si + SiO2 → 2SiO.

Чаще всего оксид кремния SiO2 используется для производства элементарного кремния. Процесс взаимодействия с элементарным углеродом протекает при высокой температуре в электродуговой печи: 2C + SiO2 → Si + 2CO. Он достаточно энергоемкий. Однако его продукт используется в полупроводниковой технике для изготовления (превращают световую энергию в электрическую). Также чистый Si применяется в металлургии (в производстве жаростойких и кислотоупорных кремнистых сталей). Полученный таким образом элементарный кремний необходим для получения чистой двуокиси кремния, которая имеет большое значение для ряда отраслей промышленности. Натуральный SiO2 используется в виде песка в тех производствах, где не требуется его высокая чистота.

При вдыхании тонко измельченной пыли кристаллического SiO2, даже в очень малых количествах (до 0,1 мг/м³), с течением времени может развиться силикоз, бронхит или рак. Пыль становится опасной при попадании в легкие, постоянно их раздражает, сокращая тем самым их функцию. В организме человека оксид кремния в виде кристаллических частиц не растворяется в течение клинически значимых периодов времени. Этот эффект может создать риск профессиональных заболеваний для людей, работающих с пескоструйной обработкой оборудования или продуктами, которые содержат порошок кристаллического оксида кремния. Дети, астматики любого возраста, страдающие аллергией, а также пожилые люди могут заболеть гораздо быстрее.

Свойства

• Относится к группе кислотных оксидов .
• При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами.
• Растворяется в плавиковой кислоте .
• SiO 2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава - стекла .
• Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит).

Полиморфизм

Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций.

Самая распространенная из них на поверхности земли - α-кварц - кристаллизуется в тригональной сингонии

При нормальных условиях диоксид кремния чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше 573 °C обратимо переходит в β-кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях. При высоких температуре и давлении диоксид кремния сначала превращается в коэсит , а затем в стишовит (который впервые был обнаружен на месте эпицентра ядерного взрыва). Согласно некоторым исследованиям стишовит слагает значительную часть мантии , так что вопрос о том какая разновидность SiO 2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа.

Химические свойства

Диоксид кремния SiO 2 - кислотный оксид, не реагирующий с водой.

Химически стоек к действию кислот, но реагирует с плавиковой кислотой :

SiO 2 + 6HF → H 2 + 2H 2 O,

SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O.

Эти две реакции широко используют для травления стекла.

Следует отметить, что большинство силикатов не имеет постоянного состава. Из всех силикатов растворимы в воде только силикаты натрия и калия. Растворы этих силикатов в воде называют растворимым стеклом. Из-за гидролиза эти растворы характеризуются сильно щелочной средой. Для гидролизованных силикатов характерно образование не истинных, а коллоидных растворов. При подкислении растворов силикатов натрия или калия выпадает студенистый белый осадок гидратированных кремниевых кислот.

Главным структурным элементом как твердого диоксида кремния, так и всех силикатов выступает группа , в которой атом кремния Si окружен тетраэдром из четырех атомов кислорода О. При этом каждый атом кислорода соединен с двумя атомами кремния. Фрагменты могут быть связаны между собой по-разному. Среди силикатов по характеру связи в них фрагментов выделяют островные, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные и другие.

Получение

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры 400-500°C в атмосфере кислорода , при этом кремний окисляется до диоксида SiO 2 .

В лабораторный условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот на силикатные соли. Например:

Na 2 SiO 3 + 2CH 3 COOH → 2CH 3 COONa+H 2 SiO 3 ,

кремниевая кислота сразу разлагается на воду и SiO 2 , выпадающий в осадок .

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Применение

Диоксид кремния применяют в производстве стекла , керамики , абразивов , бетонных изделий , для получения кремния , как наполнитель в производстве резин , при производстве кремнезёмистых огнеупоров , в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике , ультразвуковых установках, в зажигалках .

Диоксид кремния - главный компонент почти всех земных горных пород , в частности, кизельгура . Из кремнезёма и силикатов состоит 87% массы литосферы.

Искусственно полученные плёнки диоксида кремния используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов .

Пористые кремнезёмы

Пористые кремнезёмы получают различными методами.

Силохром получают путём агрегирования аэросила , который, в свою очередь, получают сжиганием силана ( 4). Силохром характеризуется высокой чистотой, низкой механической прочностью. Характерный размер удельной поверхности 60-120 м²/г. Применяется в качестве сорбента в хроматографии , наполнителя резин, катализе .

Силикагель получают путём высушивания геля кремневой кислоты. В сравнении с силохромом обладает меньшей чистотой, однако может обладать чрезвычайно развитой поверхностью: до 320 м²/г.

Кремниевый аэрогель приблизительно на 99,8 % состоит из воздуха может иметь плотность до 1,9 кг/м³ (всего в 1,5 раза больше плотности воздуха).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Двуокись кремния" в других словарях:

SiO2, см. Кремнезем. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

двуокись кремния - кремнезём, кремнёвый ангидрид …

легированная синтетическая двуокись кремния - СЛДК Синтетическая двуокись кремния, полученная путем химического соединения двуокиси кремния с легирующими компонентами. [ГОСТ 16548 80] Тематики оптика, оптические приборы и измерения Синонимы СЛДК EN synthetic doped silica DE synthetisches… …

синтетическая двуокись кремния - СДК Полидисперсная аморфная двуокись кремния, являющаяся продуктом технологического процесса. [ГОСТ 16548 80] Тематики оптика, оптические приборы и измерения Синонимы СДК EN synthetic silica DE synthetisches Siliziumdioxyd FR silice synthétique … Справочник технического переводчика

материалы, не содержащие двуокись кремния - rus материалы (мн), не содержащие двуокись кремния eng non siliceous materials (pl) fra matériaux (m pl) non silicieux deu nicht kieselhaltiges Material (n) spa materiales (m pl) no silíceos …

кристаллическая свободная двуокись кремния - rus кристаллическая свободная двуокись (ж) кремния, кристаллический свободный кремнезем (м) eng free crystalline silica fra silice (f) libre cristalline deu freie kristalline Kieselsäure (f) spa sílice (f) cristalina libre, sílice (f) libre… … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

Кварц Кварцевое стекло Диоксид кремния (оксид кремния (IV), кремнезём, SiO2) бесцветные кристаллы, tпл 1713 1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью … Википедия

Кремнезём, SiO2, соединение кремния с кислородом. Кремнезём в форме минерала кварца и др. разновидностей составляет около 12% массы земной коры (см. Кремнезёма минералы). К. д. широко применяется в силикатной промышленности в производстве … Большая советская энциклопедия

Оксид (окисел, окись) соединение химического элемента с кислородом, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам… … Википедия

кремнезём - двуокись кремния, кремнёвый ангидрид … Cловарь химических синонимов I

Кремний проявляет переменную валентность (II, IV), поэтому может образовывать два оксида кремния - монооксид и диоксид. Они отличаются физическими и химическими свойствами. Подробнее об оксидах кремния говорим в этой статье.

Монооксид

Формула оксид кремния (II) - SiO. Это вязкое, похожее на смолу вещество. Сохраняет аморфное состояние и не окисляется при обычных условиях. Не образует соли, не проводит электричество.

Рис. 1. Монооксид кремния.

Монооксид получают двумя способами :

• нагреванием (температура выше 400°C) кремния при недостатке кислорода:

  2Si + O 2 → 2SiO;

• методом Чохральского при восстановлении диоксида при высоких температурах:

  SiO 2 + Si → 2SiO.

В твёрдом состоянии монооксид представляет собой тёмно-коричневый порошок. Проявляет прочность и инертность в реакциях с кислотами. Растворим в плавиковой кислоте.

Химические свойства монооксида кремния:

• разлагается при нагревании:

  2SiO → 2Si + O 2 ;

• реагирует с парами воды при нагревании до 500°C:

  SiO + H 2 O → SiO 2 + H 2 ;

• взаимодействует с углекислым газом при нагревании:

  SiO + СО 2 → SiO 2 + CO;

• реагирует с хлором при температуре 800°C, образуя жидкий хлорид кремния:

  2SiO + 4Cl 2 → 2SiCl 4 + O 2 .

Монооксид не встречается на Земле в естественной среде. Однако газообразный монооксид входит в состав межзвёздных пылевых облаков.

Диоксид

Оксид кремния (IV) - SiO 2 . Это твёрдое кристаллическое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. Не проводит электрический ток.

Формулу диоксида имеют песок, кварц, горный хрусталь, яшма, агат, аметист и другие горные породы. Диоксид входит в состав 87 % литосферы.

Рис. 2. Яшма.

Диоксид кремния имеет немолекулярное строение. Кристаллическая решётка состоит из атомов кремния и кислорода, связанных ковалентными связями. К каждому атому кремния присоединено четыре атома кислорода, а каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния.

Рис. 3. Схема строения кристаллической решётки диоксида кремния.

Диоксид можно получить в лаборатории, нагрев кремний до 400-500°C в присутствии кислорода:

Si + O 2 → SiO 2 .

Диоксид образуется при действии кислот на растворимые силикаты. В результате образующаяся кремниевая кислота распадается на воду и диоксид:

• Na 2 SiO 3 + 2CH 3 COOH → 2CH 3 COONa + H 2 SiO 3 ↓;
• H 2 SiO 3 → H 2 O + SiO 2 .

При нормальных условиях реагирует только с плавиковой кислотой. Со щелочами и основными оксидами реагирует при нагревании. Не реагирует с водой. Основные свойства с химическими уравнениями представлены в таблице.

Взаимодействие	Описание	Уравнение
С неметаллами	Реагирует с водородом и углеродом с образованием кремния и карборунда соответственно	SiO 2 + 2Н 2 → Si + 2H 2 O; SiO 2 + 3С → SiC + 2CO
С активными металлами	Реагирует при температуре выше 1000°С с образованием кремния. При избытке металла образуются силициды	SiO 2 + 2Mg → Si + 2MgO; SiO 2 + 4Mg → Mg 2 Si + 2MgO
С фтороводородом	Реагирует с газом и плавиковой кислотой при нормальных условиях	SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O; SiO 2 + 6HF → H 2 + 2H 2 O
Со щелочами	Сплавляется с образованием силикатов	SiO 2 + 4NaOH → Na 4 SiO 4 + 2H 2 O
С оксидами	Реагирует при высоких температурах	SiO 2 + MgO → MgSiO 3
С карбонатами щелочных металлов	Взаимодействует при нагревании	SiO 2 + K 2 CO 3 → K 2 SiO 3 + CO 2

Диоксид кремния используется для производства стекла, силикагеля, бетона.

Что мы узнали?

Кремний образует два оксида - монооксид и диоксид. Монооксид - аморфное вещество, не образующее соли. Взаимодействует при нагревании с водяным паром, углекислым газом, хлором. Разлагается на простые вещества при нагревании. Диоксид - песок и его производные. Это кристаллическое вещество с немолекулярным строением. Не реагирует с водой, кислотами (исключение - плавиковая кислота). Взаимодействует с неметаллами, металлами, фтороводородом, щелочами, оксидами, карбонатами. Оксиды кремния - диэлектрики.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 120.

Общая характеристика и получение

Вещество Е551 известно под многими названиями. Это кремнезем, белая сажа и аэросил. В природе мы знаем его как кварцевые частички песка, кристаллы опала и горного хрусталя. Если не требуется особая чистота сырья, то кремниевый диоксид получают из природного кварца путем сплавления со щелочами. Для применения в лекарствах и продуктах получают синтетическую форму Е551, разлагая кремниевый пар в присутствии кислорода при высоких температурах.

Природный кремниевый диоксид выглядит как твердые бесцветные кристаллы. Вещество, полученное синтетическим путем – это голубоватый порошок из мелких рыхлых гранул. Он не растворяется ни в воде, ни в спиртах, ни в кислотах. Чтобы его расплавить, требуются очень высокие температуры. Молекула Е551 обладает большой поверхностью с рыхлой структурой, без жесткой кристаллической решетки. Это обусловливает аморфность вещества. При попадании в организм оно не всасывается и быстро выводится естественным путем, не изменяясь.

Назначение

Аморфность Е551, то есть специфичное состояние его молекулярной кристаллической решетки, обусловило способность вещества прочно присоединять к себе молекулы других веществ. Ему нашли применение как разделителю жидких сред, разрыхлителю, осветлителю, антивспенивающему агенту.

Прекрасные адсорбирующие свойства Е551 делают его отличным осветлителем пива. Вещество способно втягивать молекулы, которые способствуют помутнению напитка. При этом молекулы, стабилизирующие пену, остаются в пиве.

Способность втягивать влагу обусловила предназначение Е551 препятствовать созданию комков и слеживанию разных сыпучих продуктов – от сахара и соли до пивных закусок и мелких глазированных сладостей. Благодаря этому же свойству добавки удается сохранить текстуру тертого или нарезанного ломтиками сыра.

Отсутствие жесткой кристаллической структуры делает вещество удобной матрицей для создания лекарств с определенными свойствами. Как вспомогательный компонент его включают в состав таблеток и суппозиториев, стоматологических материалов для пломб.

Влияние на организм человека: польза и вред

Преимущества и недостатки Е551 связаны с особенностью строения молекулы этого вещества. С одной стороны – это прекрасный абсорбент, если попадает внутрь организма. С другой – при оседании на слизистых оболочках дыхательных путей он тоже оказывает абсорбирующее действие, чем сильно раздражает ткани и вызывает воспаление.

Особенно полезен диоксид кремния в фармацевтике. Во многих странах он внесен в нормативные документы (фармакопеи), где регламентируются требования к качеству лекарств. Вещество способно замедлять выход биоактивных веществ из проглоченной таблетки или капсулы. Оно помогает сделать мазь гуще, а суспензию или линимент – стабильнее, предотвращает порчу сухих экстрактов. Известен в качестве основного компонента препарата Полисорб.

Проведенные французскими исследователями наблюдения показали, что если в природной воде много Е551, у населения, которое ее пьет, значительно снижается риск болезни Альцгеймера.

Опасность Е551 связана с неосторожным вдыханием частиц этого вещества. Они раздражают слизистые оболочки и могут стать причиной сильных воспалительных процессов в дыхательных путях. Молекулы вещества способны вступать в реакции с другими элементами, провоцируя серьезные заболевания бронхов и легких.

Использование и применение

В пищевой отрасли Е551 применяется как вещество-абсорбент, которое втягивает избытки влаги при добавлении к сыпучим продуктам и мелким сухим изделиям – закусочным или кондитерским, которые тоже можно насыпать. Е551 не дает слеживаться и портиться муке, соли, сахару, пряностям и приправам. Добавка препятствует комкованию и слеживанию разных мелких снеков и сухариков, орешков и чипсов, глазированных сладостей.

Вещество улучшает и стабилизирует структуру вина и пива, некоторых соков. Выступает фильтрующим агентом при производстве растительных масел. Его добавляют в сыр, натертый или нарезанный ломтиками, для сохранения текстуры изделия.

Е551 необходим при изготовлении зубной пасты, вещество есть в составе минеральной косметической пудры и сухих румян. Широко применяется добавка в фармацевтической отрасли, где входит в состав препаратов-энтеросорбентов, улучшает структуру лекарственных мазей и линиментов, выступает наполнителем в таблетках.

Вещество используют при изготовлении бумаги и картона для упаковки пищевых продуктов. В промышленности его применяют для производства стекла, волоконной оптики, красок и лаков, защитных химикатов для растений, авиационных деталей.

В готовой пищевой продукции содержание Е551 не должно превышать 30 г в расчете на килограмм изделия (табл. 1).

Таблица 1 – Норма содержания пищевой добавки Е551 диоксида кремния в продуктах согласно СанПиН 2.3.2.1293-03 от 26.05.2008

Законодательство

В России, Украине, а также других странах Европы и Азии, В США добавка разрешена.

Российское законодательство регламентирует применение Е551 в пищевых продуктах на основании СанПиН 2.3.2.1293-03 от 26.05.2008:

• п. 3.5.1. Гигиенических регламентов применения пищевых добавок, препятствующих слеживанию и комкованию.

Использование Е551 предусмотрено ГОСТ Р 54649-2011. «Консервы молокосодержащие сухие. Технические условия», ГОСТ 34145-2017 «Добавки пищевые. Агенты антислеживающие пищевой продукции. Термины и определения».

Таблица 2 – Норма содержания пищевой добавки Е551 в продуктах согласно Codex Alimentarius (ФАО и ВОЗ, 2007)