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La silice amorphe est utilisée comme dessiccant déshumidifiant, agent déshydratant, barrière contre l'humidité et régulateur d'humidité de l'air.
La silice amorphe est également utilisée pour le séchage des gaz.
La silice amorphe est également utilisée comme catalyseur et corps de coupe d'un catalyseur, comme agent de renforcement pour le caoutchouc de silicone et comme agent d'encollage utilisé dans l'industrie textile.
Numéro CAS : 7631-86-9
Numéro CE : 231-545-4
Numéro E : E551 (régulateurs d'acidité, ...)
Numéro MDL : MFCD00011232
Formule moléculaire : O2Si
Masse molaire : 60,08 g/mol
SYNONYMES:
Dioxyde de silicium, Quartz, Silice, Oxyde silicique, Oxyde de silicium (IV), Silice cristalline, Silice pure, Silicea, Sable de silice, Silice, Quartz, Aerosil, acticel, cab-o-sil, Sable de quartz, Silice pyrogénée, cab-o-sperse, Silice fondue, AGENT DE MATIFICATION, agent de matage, Dioxyde de silicium, agents de matage, Silice amorphe, Silice vitreuse, agent de délustrage, Quartz-bêta (SiO2) (9CI)
La silice amorphe, également connue sous le nom de silice, est un oxyde de silicium de formule chimique SiO2, que l'on trouve couramment dans la nature sous forme de quartz.
Dans de nombreuses régions du monde, la silice amorphe est le principal constituant du sable.
La silice amorphe est l’une des familles de matériaux les plus complexes et les plus abondantes, existant sous forme de composé de plusieurs minéraux et sous forme de produit synthétique.
Les exemples incluent le quartz fondu, la silice fumée, l’opale et les aérogels.
La silice amorphe est utilisée dans les matériaux de structure, la microélectronique et comme composants dans les industries alimentaires et pharmaceutiques.
Toutes les formes sont blanches ou incolores, bien que les échantillons impurs puissent être colorés.
La silice amorphe est un constituant fondamental commun du verre.
La silice amorphe (SiO2 ⋅ nH2O) est également appelée opale amorphe (opale-A).
La silice amorphe se forme dans divers contextes lorsque les molécules de silice dissoutes (SiO2 (aq)) se combinent (c'est-à-dire se polymérisent) et précipitent.
Au cours de la diagenèse, les précipités de silice amorphe peuvent progressivement se transformer en polymorphes de silice plus stables et finalement en quartz minéral.
La silice dissoute nécessaire à la formation de silice amorphe provient de la dissolution de minéraux silicatés lorsque ces minéraux sont sous-saturés.
Si ces solutions finissent par devenir sursaturées en silice amorphe, les micro-organismes peuvent favoriser la précipitation en fournissant des surfaces de nucléation.
À titre d’exemple, de nombreuses études ont étudié le rôle potentiel des micro-organismes dans la formation de dépôts siliceux de sources chaudes appelés sinters.
Dans ces systèmes, l’eau à haute température dissout les minéraux silicatés dans le sous-sol.
Après son rejet à la surface, l'eau de source chaude se refroidit, ce qui diminue la quantité de silice dissoute qu'elle peut contenir et provoque finalement une sursaturation de la silice amorphe.
Ainsi, les processus abiotiques entraînent la précipitation de silice amorphe provenant des sources chaudes.
Cependant, des études en laboratoire et sur le terrain indiquent que la biomasse générée par les micro-organismes des sources chaudes aide à la nucléation des précipités de silice amorphe et affecte également la structure des dépôts de frittage.
Des rôles similaires des micro-organismes ont également été observés dans des environnements non hydrothermaux.
En plus de ce rôle passif, la précipitation de la silice amorphe peut également être contrôlée biologiquement.
Certains micro-organismes absorbent activement la silice dissoute et l’utilisent pour former des structures composées de silice amorphe.
Les exemples incluent les diatomées et les radiolaires ainsi que certaines bactéries et certains champignons.
Les diatomées sont un groupe d'algues qui vivent dans les systèmes doux et marins et qui silicifient leurs parois cellulaires pour former des structures appelées frustules.
Les diatomées sont considérées comme les silicifiants les plus importants dans les environnements marins modernes.
Les diatomées réduisent les concentrations de silice dans les eaux océaniques peu profondes et la transportent avec d’autres nutriments dans les profondeurs de l’océan lorsqu’elles se déposent.
La croissance des diatomées influence également le flux de silice des environnements terrestres vers les océans.
Dans l’estuaire du fleuve Amazone, par exemple, Milliman et Boyle (1975) ont estimé que les diatomées éliminent 25 % de la silice dissoute de l’eau du fleuve, qui est ensuite déposée vers l’intérieur du système fluvial plutôt que dans les sédiments océaniques adjacents.
La sursaturation en silice dans l'environnement externe n'est pas nécessaire à la formation de frustules car les diatomées peuvent induire une sursaturation en interne.
Ils y parviennent en pompant activement la silice dissoute de l’environnement externe dans une vésicule liée à la membrane où la silice amorphe peut devenir sursaturée et précipiter.
La silice amorphe, également connue sous le nom de silice pyrogénique, est préparée en brûlant du SiCl4 dans une flamme d'hydrogène riche en oxygène pour produire une « fumée » de SiO2.
SiCl4+2H2+O2 ⟶ SiO2+4HCl
La silice amorphe peut également être produite en vaporisant du sable de quartz dans un arc électrique à 3000 °C.
Les deux procédés produisent des gouttelettes microscopiques de silice amorphe fusionnées en particules secondaires tridimensionnelles ramifiées en forme de chaîne qui s'agglomèrent ensuite en particules tertiaires, une poudre blanche avec une densité apparente extrêmement faible (0,03-0,15 g/cm3) et donc une surface spécifique élevée.
Les particules agissent comme un agent épaississant thixotrope ou comme un agent anti-agglomérant et peuvent être traitées pour les rendre hydrophiles ou hydrophobes pour des applications aqueuses ou liquides organiques.
La silice amorphe est une poudre ultrafine collectée comme sous-produit de la production d'alliages de silicium et de ferrosilicium.
La silice amorphe est constituée de particules sphériques amorphes (non cristallines) d'un diamètre moyen de 150 nm, sans ramification du produit pyrogène.
La silice amorphe, une forme non cristalline de SiO2, traditionnellement appelée « verre de silice » ou « silice vitreuse », est importante en électronique et en photonique en raison de ses excellentes propriétés électriques et optiques.
Ce chapitre utilise ces différents noms de manière interchangeable pour représenter toute la silice amorphe non cristalline.
Le score de la silice amorphe est plus élevé si elle est utilisée dans des formes de produits inhalables (par exemple, sprays, poudres) en raison de problèmes respiratoires.
Le score est plus faible s'il est utilisé dans des formes de produits présentant un risque d'inhalation plus faible (par exemple, solides, liquides).
Le score de la silice amorphe est plus élevé si elle est utilisée dans des produits qui peuvent ne pas répondre aux directives de sécurité de l'industrie ou aux exigences gouvernementales américaines et internationales.
Le score sera plus faible s’il est utilisé dans des produits qui répondent à ces directives et exigences de sécurité.
La silice est le constituant le plus courant du sable.
La silice fine, généralement utilisée dans les applications industrielles et inhalée par les travailleurs, est associée à un large éventail de troubles, affectant particulièrement les poumons et le système respiratoire.
Dans les cosmétiques destinés à un usage cutané, le sable ordinaire présente peu, voire aucun risque pour les personnes.
En revanche, pour les produits susceptibles d’être inhalés (comme une poudre pour le visage), les particules de silice sont finement broyées et peuvent être associées à une toxicité respiratoire.
La silice amorphe (SiO2) est un matériau inorganique couramment utilisé dans les circuits semi-conducteurs pour isoler différentes régions conductrices.
En raison de sa résistance mécanique, de sa rigidité diélectrique élevée et de sa sélectivité pour la modification chimique, la silice amorphe est également devenue un matériau clé en microélectronique et en chromatographie.
En raison de ses propriétés uniques, la silice amorphe est essentielle pour une large gamme d'applications : les puces, les fibres optiques et les verres de télescope sont fabriqués sur de la silice.
De plus, les biologistes moléculaires utilisent la silice amorphe dans des résines et des billes optiques pour étudier les biomacromolécules.
Ces dernières années, la synergie entre la biologie moléculaire et la nanotechnologie a ouvert des opportunités pour de nombreuses applications impliquant des macromolécules et de la silice amorphe, telles que la nanoélectronique, l'auto-assemblage de nanostructures, la microfluidique, la technologie des puces à ADN et les capteurs nanopores.
L'image de gauche montre l'un de ces nanodispositifs, un nanopore MOS fabriqué sur une membrane poly-silicium-silice amorphe-silicium et une molécule d'ADN monocaténaire (bleu) se déplaçant à travers elle.
Il a été proposé que les nanopores de silice amorphe puissent être utilisés pour séquencer l'ADN avec une résolution de base unique, conduisant à une technologie de séquençage d'ADN rapide et bon marché, qui promet d'avoir un impact énorme dans les sciences de la vie et la médecine personnelle.
Par conséquent, une compréhension au niveau atomique des interactions entre les biomolécules et la silice amorphe est désormais essentielle pour le développement ultérieur des applications de la bionanotechnologie.
Actuellement, aucune technique expérimentale n’est encore suffisamment sensible pour résoudre la dynamique à l’échelle atomique à l’interface amorphe.
Les simulations de dynamique moléculaire peuvent être adaptées pour étudier ces systèmes, devenant ainsi des outils d’imagerie uniques.
Cependant, la modélisation de systèmes combinant de la silice amorphe et des biomolécules impose une variété de défis aux modélisateurs.
Jusqu’à récemment, les simulations informatiques de biomacromolécules et de matériaux inorganiques, tels que la silice amorphe et l’ADN, ont évolué indépendamment les unes des autres, et réunir l’expertise des deux domaines est une tâche formidable.
UTILISATIONS et APPLICATIONS de la SILICE AMORPHE :
La silice amorphe est utilisée comme dessiccant déshumidifiant, agent déshydratant, barrière contre l'humidité et régulateur d'humidité de l'air.
La silice amorphe est également utilisée pour le séchage des gaz.
La silice amorphe est également utilisée comme catalyseur et corps de coupe d'un catalyseur, comme agent de renforcement pour le caoutchouc de silicone et comme agent d'encollage utilisé dans l'industrie textile.
La silice amorphe, le gel de silice, est produite par l'acidification de solutions de silicate de sodium pour produire un précipité gélatineux qui est ensuite lavé puis déshydraté pour produire de la silice microporeuse incolore
La coque de riz contient 18 à 20 % de silice amorphe de haute pureté
Une livre de coques de riz contient la même énergie qu'une livre de charbon.
La silice colloïdale est composée de la même substance (dioxyde de silicium) que le sable de quartz, mais elle a une structure amorphe (aléatoire) plutôt que cristalline.
La silice amorphe fonctionne comme un liant à haute température dans les réfractaires et les céramiques.
La silice amorphe est utilisée comme liant dans le processus de moulage à la cire perdue.
La silice amorphe polit les plaquettes de silicium et de semi-conducteurs pour obtenir une finition semblable à un miroir.
La silice amorphe aide à clarifier et à améliorer la qualité des vins, des jus et de la bière
La silice amorphe est extraite à ciel ouvert aux États-Unis et utilisée pour produire de la cristobalite
La silice amorphe est généralement moins toxique que la silice cristalline.
Étant donné que la silice amorphe a une plus grande solubilité dans l’eau, elle est éliminée plus rapidement du corps.
Les effets observés après inhalation de silice amorphe étaient plus légers que ceux observés pour la silice cristalline
La silice amorphe peut être ajoutée aux aliments comme agent antiagglomérant ou antimousse ou aux produits pharmaceutiques comme excipient.
La silice amorphe fondue ou le quartz (minimum 99,8 % SiO2) sous forme de lingots, de tiges, de tubes et de poudre sont nécessaires aux industries chimiques et électroniques
La production de silice amorphe fumée à partir de l'hydrolyse du tétrachlorure de silicium2 dans une flamme d'hydrogène et d'oxygène est destinée à être utilisée dans les caoutchoucs ; comme agent épaississant dans les encres, les peintures, les cosmétiques, etc. ; pour une utilisation dans le polyester ; et dans les revêtements spéciaux tels que les revêtements en poudre.
La silice amorphe se présente sous la forme d'une poudre blanche fluide.
C'est un agent anti-blocage très efficace pour les films plastiques.
La silice amorphe améliore également le glissement.
En raison de la grande pureté et de la faible dureté de la silice amorphe, son abrasivité est négligeable.
Il n'y a pas de sédimentation, la silice amorphe est facile à ajouter et ses caractéristiques bien dispersées font que ce produit bénéficie de domaines d'application tels que : films d'emballage alimentaire, revêtements de meubles, peinture décorative, autres revêtements industriels généraux
La silice amorphe est utilisée comme film de masquage et comme couche protectrice pour la diffusion des impuretés dans les transistors et les circuits intégrés.
La silice amorphe est utilisée comme charge dans le moulage époxy, les fibres optiques, les revêtements et d'autres domaines.
La silice amorphe peut également être utilisée dans la fabrication de verre, comme réactif d'analyse du spectre d'émission et dans le contrôle de la concentration en antimoine dans la production d'antimoine dans un circuit à l'état solide.
La silice hydrophobe est utilisée comme composant antimousse.
En tant que réfractaire, il est utile sous forme de fibre comme tissu de protection thermique à haute température.
La silice amorphe est utilisée dans l'extraction d'ADN et d'ARN en raison de sa capacité à se lier aux acides nucléiques en présence de chaotropes.
L'aérogel de silice a été utilisé dans le vaisseau spatial Stardust pour collecter des particules extraterrestres.
La silice amorphe, lorsqu'elle est refroidie sous forme de quartz fondu en un verre sans véritable point de fusion, peut être utilisée comme fibre de verre pour la fibre de verre.
L’utilisation principale de la silice amorphe est comme matériau pouzzolanique pour le béton à haute performance.
Les nanoparticules de silice amorphe peuvent être utilisées avec succès comme agent anti-âge dans les liants asphaltiques.
-Méthodes de laboratoire ou spéciales
À partir de composés organosiliciés
De nombreuses voies vers la silice amorphe commencent par un composé organosilicié, par exemple HMDSO, TEOS.
La synthèse de la silice est illustrée ci-dessous en utilisant l'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS).
Le simple fait de chauffer le TEOS à 680–730 °C donne l'oxyde :
Si(OC2H5)4 ⟶ SiO2+2O(C2H5)2
De même, le TEOS brûle à environ 400 °C :
Si(OC2H5)4+12O2 ⟶ SiO2+10H2O+8CO2
Le TEOS subit une hydrolyse via le processus dit sol-gel.
Le déroulement de la réaction et la nature du produit sont affectés par les catalyseurs, mais l'équation idéalisée est :
Si(OC2H5)4+2H2O ⟶ SiO2+4HOCH2CH3
-Additif alimentaire
La silice amorphe est une poudre légère qui est souvent utilisée comme additif alimentaire comme agent antiagglomérant.
Un agent antiagglomérant, la silice amorphe, est quelque chose qui pourrait être ajouté à une poudre pour empêcher le développement de grumeaux et de mottes.
La silice amorphe est polyvalente et peut également être utilisée comme agent antimousse qui réduit la formation de mousse et de bulles dans les liquides traités industriellement.
La silice amorphe peut également aider à contrôler la viscosité ou l’épaisseur d’un liquide et empêcher ce liquide de se déposer.
Une autre propriété de la silice amorphe est sa capacité à agir comme agent émulsifiant.
Un émulsifiant permet à deux substances différentes qui ne se mélangeraient normalement pas de rester dans un mélange homozygote, ou dans un état uniforme et de ne pas se séparer.
Le gel de silice amorphe est également utilisé dans d’autres applications en raison de ses propriétés utiles.
Il s’agit notamment de la capacité de la silice amorphe à absorber l’eau et à la filtrer.
La capacité de la silice amorphe à absorber l'humidité de l'air a incité son utilisation comme déshydratant dans ces petits sacs que l'on trouve couramment dans les produits pour les protéger contre l'excès d'humidité.
La silice amorphe extrait l’eau de l’air et la stocke, protégeant ainsi le produit.
La silice amorphe peut également agir en partie comme filtre à eau grâce à sa structure unique ayant la capacité d'absorber certains minéraux dissous dans l'eau.
La silice amorphe peut être utilisée comme excipient, tel que viscosifiant, agent de suspension, agent de désintégration de comprimés, agent de dispersion adsorbant comme liquide dans les poudres.
Les excipients pharmaceutiques, ou auxiliaires pharmaceutiques, font référence à d’autres substances chimiques utilisées dans le processus pharmaceutique autres que les ingrédients pharmaceutiques.
Les excipients pharmaceutiques font généralement référence aux ingrédients inactifs présents dans les préparations pharmaceutiques, qui peuvent améliorer la stabilité, la solubilité et la transformabilité des préparations pharmaceutiques.
Les excipients pharmaceutiques affectent également les processus d’absorption, de distribution, de métabolisme et d’élimination (ADME) des médicaments co-administrés.
-Semi-conducteurs
La silice amorphe est largement utilisée dans la technologie des semi-conducteurs :
pour la passivation primaire (directement sur la surface du semi-conducteur),
comme diélectrique de grille original dans la technologie MOS.
Aujourd'hui, lorsque la mise à l'échelle (dimension de la longueur de grille du transistor MOS) a progressé en dessous de 10 nm, la silice amorphe a été remplacée par d'autres matériaux diélectriques comme l'oxyde d'hafnium ou similaire avec une constante diélectrique plus élevée par rapport à la silice amorphe, comme couche diélectrique entre les couches métalliques (câblage) (parfois jusqu'à 8-10) reliant les éléments et comme seconde couche de passivation (pour protéger les éléments semi-conducteurs et les couches de métallisation) généralement aujourd'hui superposées à d'autres diélectriques comme le nitrure de silicium.
Parce que la silice amorphe est un oxyde natif de silicium, elle est plus largement utilisée que d'autres semi-conducteurs comme l'arséniure de gallium ou le phosphure d'indium.
La silice amorphe pourrait être cultivée sur une surface semi-conductrice en silicium.
Les couches de silice amorphe pourraient protéger les surfaces de silicium pendant les processus de diffusion et pourraient être utilisées pour le masquage par diffusion.
La passivation de surface est le processus par lequel une surface semi-conductrice est rendue inerte et ne modifie pas les propriétés du semi-conducteur en raison de l'interaction avec l'air ou d'autres matériaux en contact avec la surface ou le bord du cristal.
La formation d’une couche de silice amorphe développée thermiquement réduit considérablement la concentration d’états électroniques à la surface du silicium.
Les films de silice amorphe préservent les caractéristiques électriques des jonctions p–n et empêchent ces caractéristiques électriques de se détériorer sous l’effet de l’environnement gazeux ambiant.
Les couches de silice amorphe pourraient être utilisées pour stabiliser électriquement les surfaces de silicium.
Le processus de passivation de surface est une méthode importante de fabrication de dispositifs semi-conducteurs qui consiste à recouvrir une plaquette de silicium d'une couche isolante d'oxyde de silicium afin que l'électricité puisse pénétrer de manière fiable dans le silicium conducteur situé en dessous.
La croissance d’une couche de silice amorphe sur une plaquette de silicium lui permet de surmonter les états de surface qui, autrement, empêchent l’électricité d’atteindre la couche semi-conductrice.
Le processus de passivation de la surface du silicium par oxydation thermique (silice amorphe) est essentiel pour l'industrie des semi-conducteurs.
La silice amorphe est couramment utilisée pour fabriquer des transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) et des puces de circuits intégrés en silicium (avec le procédé planaire).
-Utilisation structurelle de la silice amorphe :
Environ 95 % de l'utilisation commerciale de la silice amorphe (sable) se fait dans l'industrie de la construction, par exemple dans la production de béton (béton de ciment Portland).
Certains gisements de sable siliceux, présentant une taille et une forme de particules souhaitables ainsi qu'une teneur en argile et autres minéraux souhaitable, étaient importants pour le moulage au sable de produits métalliques.
Le point de fusion élevé de la silice permet d'utiliser la silice amorphe dans des applications telles que la coulée de fonte ; la coulée au sable moderne utilise parfois d'autres minéraux pour d'autres raisons.
La silice cristalline est utilisée dans la fracturation hydraulique des formations contenant du pétrole de réservoir compact et du gaz de schiste.
-Précurseur du verre et du silicium :
La silice amorphe est l’ingrédient principal dans la production de la plupart des verres.
Comme d’autres minéraux sont fondus avec la silice, le principe de l’abaissement du point de congélation abaisse le point de fusion du mélange et augmente la fluidité.
La température de transition vitreuse de la silice amorphe pure est d'environ 1475 K.
Lorsque la silice amorphe fondue SiO2 est rapidement refroidie, elle ne cristallise pas, mais se solidifie sous forme de verre.
C'est pour cette raison que la plupart des émaux céramiques contiennent de la silice comme ingrédient principal.
La géométrie structurelle du silicium et de l'oxygène dans le verre est similaire à celle du quartz et de la plupart des autres formes cristallines de silicium et d'oxygène, le silicium étant entouré de tétraèdres réguliers de centres d'oxygène.
La différence entre les formes vitreuses et cristallines provient de la connectivité des unités tétraédriques : bien qu'il n'y ait pas de périodicité à longue portée dans le réseau vitreux, l'ordre reste à des échelles de longueur bien au-delà de la longueur de liaison SiO.
Un exemple de cet ordre est la préférence pour former des anneaux de 6-tétraèdres.
La majorité des fibres optiques destinées aux télécommunications sont également fabriquées à partir de silice.
La silice amorphe est une matière première principale pour de nombreuses céramiques telles que la faïence, le grès et la porcelaine.
La silice amorphe est utilisée pour produire du silicium élémentaire.
Le procédé implique une réduction carbothermique dans un four à arc électrique :
SiO2+2C ⟶ Si+2CO
-Applications alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques de la silice amorphe :
La silice amorphe, qu'elle soit colloïdale, précipitée ou pyrogénée, est un additif courant dans la production alimentaire.
La silice amorphe est principalement utilisée comme agent d'écoulement ou antiagglomérant dans les aliments en poudre tels que les épices et les crèmes à café non laitières, ou les poudres destinées à être transformées en comprimés pharmaceutiques.
La silice amorphe peut adsorber l’eau dans les applications hygroscopiques.
La silice colloïdale est utilisée comme agent de collage pour le vin, la bière et les jus, avec la référence numéro E E551.
En cosmétique, la silice amorphe est utile pour ses propriétés de diffusion de la lumière et son pouvoir absorbant naturel.
La terre de diatomées, un produit extrait, la silice amorphe est utilisée dans l'alimentation et les cosmétiques depuis des siècles.
La silice amorphe est constituée des coquilles de silice de diatomées microscopiques ; sous une forme moins transformée, elle était vendue sous forme de poudre dentifrice.
La silice hydratée fabriquée ou extraite est utilisée comme abrasif dur dans le dentifrice.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES de la SILICE AMORPHE :
*Particules grossières ressemblant à du verre ou translucides.
*La surface spécifique est de 450 m2/g ou plus, et il s'agit d'un matériau hautement actif, renouvelable, à structure microporeuse et à haute stabilité thermique.
*La silice amorphe a une forte capacité d'adsorption pour les substances en phase liquide et gazeuse.
*La dureté était légèrement plus douce que celle du verre.
*En plus de l'acide fluorhydrique et des alcalis forts, insoluble dans d'autres solvants chimiques.
STRUCTURE DE LA SILICE AMORPHE :
Dans la majorité des silices amorphes, l'atome de silicium présente une coordination tétraédrique, avec quatre atomes d'oxygène entourant un atome de Si central (voir Cellule unitaire 3D).
Ainsi, SiO2 forme des solides en réseau tridimensionnel dans lesquels chaque atome de silicium est lié de manière covalente de manière tétraédrique à 4 atomes d'oxygène.
En revanche, le CO2 est une molécule linéaire.
Les structures radicalement différentes des dioxydes de carbone et de silicium sont une manifestation de la règle de la double liaison.
En fonction des différences structurelles cristallines, la silice amorphe peut être divisée en deux catégories : cristalline et non cristalline (amorphe).
Sous forme cristalline, la silice amorphe peut être trouvée naturellement sous forme de quartz, de tridymite (forme à haute température), de cristobalite (forme à haute température), de stishovite (forme à haute pression) et de coésite (forme à haute pression).
D'autre part, la silice amorphe peut être trouvée dans la nature sous forme d'opale et de terre de diatomées.
Le verre de quartz est une forme d’état intermédiaire entre ces structures.
Toutes ces formes cristallines distinctes ont toujours la même structure locale autour de Si et O.
Dans l'α-quartz, la longueur de liaison Si–O est de 161 pm, tandis que dans l'α-tridymite, elle est comprise entre 154 et 171 pm.
L'angle Si–O–Si varie également entre une faible valeur de 140° dans l'α-tridymite, jusqu'à 180° dans la β-tridymite.
Dans le quartz α, l'angle Si–O–Si est de 144°
POLYMORPHISME
Le quartz alpha est la forme la plus stable de SiO2 solide à température ambiante.
Les minéraux à haute température, la cristobalite et la tridymite, ont des densités et des indices de réfraction inférieurs à ceux du quartz.
La transformation du quartz α en quartz bêta se produit brusquement à 573 °C.
Comme la transformation s’accompagne d’un changement important de volume, elle peut facilement induire la fracturation des céramiques ou des roches passant cette limite de température.
Les minéraux à haute pression, la seifertite, la stishovite et la coésite, ont cependant des densités et des indices de réfraction plus élevés que le quartz.
La stishovite a une structure semblable à celle du rutile où le silicium est 6-coordonné.
La densité de la stishovite est de 4,287 g/cm3, ce qui est comparable à celle du quartz α, la plus dense des formes à basse pression, qui a une densité de 2,648 g/cm3.
La différence de densité peut être attribuée à l'augmentation de la coordination puisque les six longueurs de liaison Si–O les plus courtes dans la stishovite (quatre longueurs de liaison Si–O de 176 pm et deux autres de 181 pm) sont supérieures à la longueur de liaison Si–O (161 pm) dans l'α-quartz.
Le changement de coordination augmente l’ionicité de la liaison Si–O.
La silice faujasite, un autre polymorphe, est obtenue par la désalumination d'une zéolite Y ultra-stable à faible teneur en sodium avec un traitement acide et thermique combiné.
Le produit résultant contient plus de 99 % de silice et présente une cristallinité et une surface spécifique élevées (plus de 800 m2/g).
La faujasite-silice présente une stabilité thermique et acide très élevée.
Par exemple, il maintient un degré élevé d’ordre moléculaire à longue portée ou de cristallinité même après ébullition dans de l’acide chlorhydrique concentré.
SIO2 FONDU
La silice fondue présente plusieurs caractéristiques physiques particulières qui sont similaires à celles observées dans l'eau liquide : une dilatation thermique négative, une densité maximale à des températures d'environ 5 000 °C et une capacité thermique minimale.
Sa densité diminue de 2,08 g/cm3 à 1950 °C à 2,03 g/cm3 à 2200 °C.
SIO2 MOLÉCULAIRE
Le SiO2 moléculaire a une structure linéaire comme le CO2.
La silice amorphe a été produite en combinant du monoxyde de silicium (SiO) avec de l'oxygène dans une matrice d'argon.
La silice amorphe dimère (SiO2)2 a été obtenue en faisant réagir O2 avec du monoxyde de silicium dimère isolé de la matrice (Si2O2).
Dans la silice amorphe dimérique, il y a deux atomes d'oxygène reliant les atomes de silicium avec un angle Si–O–Si de 94° et une longueur de liaison de 164,6 pm et la longueur de liaison terminale Si–O est de 150,2 pm.
La longueur de la liaison Si–O est de 148,3 pm, ce qui est comparable à la longueur de 161 pm dans le quartz α.
L'énergie de liaison est estimée à 621,7 kJ/mol.
AUTRES MÉTHODES DE SILICE AMORPHE :
Étant très stable, la silice amorphe provient de nombreuses méthodes.
Conceptuellement simple, mais de peu de valeur pratique, la combustion du silane donne de la silice amorphe.
Cette réaction est analogue à la combustion du méthane :
SiH4+2O2 ⟶ SiO2+2H2O
Cependant, le dépôt chimique en phase vapeur de silice amorphe sur la surface cristalline à partir de silane a été utilisé en utilisant de l'azote comme gaz vecteur à 200–500 °C.
RÉACTIONS CHIMIQUES DE LA SILICE AMORPHE :
La silice amorphe est un matériau relativement inerte (d'où sa présence répandue en tant que minéral).
La silice amorphe est souvent utilisée comme récipient inerte pour les réactions chimiques.
À haute température, la silice amorphe est convertie en silicium par réduction avec du carbone.
Le fluor réagit avec la silice amorphe pour former SiF4 et O2 tandis que les autres gaz halogènes (Cl2, Br2, I2) ne sont pas réactifs.
La plupart des formes de silice amorphe sont attaquées (« gravées ») par l’acide fluorhydrique (HF) pour produire de l’acide hexafluorosilicique :
SiO2 + 6 HF → H2SiF6 + 2 H2O
La stishovite ne réagit pas de manière significative au HF.
Le HF est utilisé pour éliminer ou modeler la silice amorphe dans l'industrie des semi-conducteurs.
La silice amorphe agit comme un acide Lux-Flood, étant capable de réagir avec des bases dans certaines conditions.
Comme la silice amorphe ne contient pas d’hydrogène, la silice non hydratée ne peut pas agir directement comme acide de Brønsted-Lowry.
Bien que la silice amorphe ne soit que peu soluble dans l'eau à pH faible ou neutre (généralement 2 × 10−4 M pour le quartz jusqu'à 10−3 M pour la calcédoine cryptocristalline), les bases fortes réagissent avec le verre et le dissolvent facilement.
Par conséquent, les bases fortes doivent être stockées dans des bouteilles en plastique pour éviter de bloquer le bouchon de la bouteille, pour préserver l'intégrité du récipient et pour éviter une contamination indésirable par des anions silicates.
La silice amorphe se dissout dans un alcali concentré chaud ou un hydroxyde fondu, comme décrit dans cette équation idéalisée :
SiO2+2NaOH ⟶ Na2SiO3+H2O
La silice amorphe neutralise les oxydes métalliques basiques (par exemple l'oxyde de sodium, l'oxyde de potassium, l'oxyde de plomb (II), l'oxyde de zinc ou des mélanges d'oxydes, formant des silicates et des verres lorsque les liaisons Si-O-Si dans la silice sont rompues successivement).
À titre d’exemple, la réaction de l’oxyde de sodium et de la silice amorphe peut produire de l’orthosilicate de sodium, du silicate de sodium et des verres, en fonction des proportions des réactifs :
2Na2O+SiO2 ⟶ Na4SiO4
Na2O+SiO2 ⟶ Na2SiO3
(0,25−0,8)
Na2O+SiO2 ⟶ verre
Des exemples de tels verres ont une importance commerciale, par exemple le verre sodocalcique, le verre borosilicaté, le verre au plomb.
Dans ces verres, la silice amorphe est appelée formateur de réseau ou formateur de treillis.
La réaction est également utilisée dans les hauts fourneaux pour éliminer les impuretés de sable dans le minerai par neutralisation avec de l'oxyde de calcium, formant ainsi des scories de silicate de calcium.
La silice amorphe réagit en reflux chauffé sous diazote avec de l'éthylène glycol et une base de métal alcalin pour produire des silicates pentacoordonnés hautement réactifs qui donnent accès à une grande variété de nouveaux composés de silicium.
Les silicates sont essentiellement insolubles dans tous les solvants polaires, à l'exception du méthanol.
La silice amorphe réagit avec le silicium élémentaire à haute température pour produire du SiO :
SiO2+Si ⟶ 2SiO
SOLUBILITÉ DANS L'EAU DE LA SILICE AMORPHE :
La solubilité de la silice amorphe dans l'eau dépend fortement de sa forme cristalline et est trois à quatre fois plus élevée pour la silice amorphe que pour le quartz ; en fonction de la température, elle culmine autour de 340 °C (644 °F).
Cette propriété est utilisée pour faire croître des monocristaux de quartz dans un processus hydrothermal où le quartz naturel est dissous dans de l'eau surchauffée dans un récipient sous pression plus froid en haut.
Des cristaux de 0,5 à 1 kg peuvent être cultivés pendant 1 à 2 mois.
Ces cristaux sont une source de quartz très pur destiné à être utilisé dans les applications électroniques.
Au-dessus de la température critique de l'eau de 647,096 K (373,946 °C ; 705,103 °F) et d'une pression de 22,064 mégapascals (3 200,1 psi) ou plus, l'eau est un fluide supercritique et la solubilité est encore une fois plus élevée qu'à des températures plus basses.
PRÉSENCE NATURELLE DE SILICE AMORPHE :
La silice amorphe est le plus souvent rencontrée dans la nature sous forme de quartz, qui représente plus de 10 % de la masse de la croûte terrestre.
Le quartz est le seul polymorphe de silice stable à la surface de la Terre.
Des occurrences métastables de formes à haute pression, coésite et stishovite, ont été trouvées autour de structures d'impact et associées à des éclogites formées lors d'un métamorphisme à ultra-haute pression.
Les formes à haute température de tridymite et de cristobalite sont connues dans les roches volcaniques riches en silice.
Dans de nombreuses régions du monde, la silice est le principal constituant du sable.
BIOLOGIE DE LA SILICE AMORPHE :
Même si la silice amorphe est peu soluble, la silice est présente dans de nombreuses plantes telles que le riz.
Les matières végétales à forte teneur en phytolithes de silice semblent être importantes pour les animaux brouteurs, des insectes broyeurs aux ongulés.
La silice accélère l’usure des dents, et des niveaux élevés de silice dans les plantes fréquemment consommées par les insectes peuvent s’être développés comme mécanisme de défense contre la prédation.
La silice est également le principal composant des cendres de balle de riz, qui sont utilisées, par exemple, dans la filtration et comme matériau cimentaire supplémentaire (SCM) dans la fabrication du ciment et du béton.
La silicification dans et par les cellules est courante dans le monde biologique et se produit chez les bactéries, les protistes, les plantes et les animaux (invertébrés et vertébrés).
Parmi les exemples marquants, on peut citer :
Tests ou frustules (c'est-à-dire coquilles) de diatomées, de radiolaires et d'amibes testiculaires.
Phytolithes de silice dans les cellules de nombreuses plantes, notamment les Equisetaceae, de nombreuses graminées et une large gamme de dicotylédones.
Les spicules formant le squelette de nombreuses éponges.
NATURE DE LA SILICE AMORPHE :
La silice amorphe est un cristal transparent incolore ou une poudre amorphe et sans goût.
Le point de fusion de la silice amorphe est de 1710 °C (cristobalite), 1670 °C (quartz titrimétrique) et le point d'ébullition est de 2230 °C.
La silice amorphe est presque insoluble dans l'eau, l'acide commun, peut être dissoute dans l'acide fluorhydrique pour générer du gaz fluorure de silicium, lentement avec la chaleur de l'acide phosphorique concentré.
La silice amorphe peut fonctionner avec une base.
Les propriétés physiques et chimiques de la silice amorphe sont stables, faciles à former, inertes, la masse fondue est stratifiée et le coefficient de dilatation est faible lorsqu'elle est chauffée.
METHODE DE PREPARATION DE LA SILICE AMORPHE :
en utilisant l'orthosilicate de tétraéthyle comme matière première, l'orthosilicate de tétraéthyle a d'abord été soumis à une rectification à haut rendement, et une fraction à 160-168 ° C. A été collectée.
Ensuite, l'orthosilicate de tétraéthyle et l'ammoniac sont mélangés et chauffés dans une certaine proportion, et le mélange réactionnel est suffisamment agité, et le réactif passera de trouble à visqueux jusqu'à ce que la solution soit bouillie, l'agitation est arrêtée et la solution est laissée à décanter, après centrifugation, la silice amorphe a été séchée à basse température pendant une certaine période de temps, puis brûlée à 900 ° C.
Et refroidi naturellement.
NORME DE SILICE AMORPHE :
Cette souche réagit le silicate de sodium avec un acide (tel que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, etc.) ou avec un sel (tel que le chlorure d'ammonium, le sulfate d'ammonium, le bicarbonate d'ammonium, etc.), des précipités d'acide silicique (IE, silice hydratée) sont produits par lavage à l'eau, élimination des impuretés et séchage.
La teneur en & 0 2 ne doit pas être inférieure à 99,0 % sur la base du calcul du produit d'inflammation.
CARACTÈRE DE LA SILICE AMORPHE :
La silice amorphe est une poudre libre blanche ; inodore, sans goût.
La silice amorphe est insoluble dans l'eau, dissoute dans une solution chaude d'hydroxyde de sodium, insoluble dans l'acide chlorhydrique dilué.
PRODUCTION DE SILICE AMORPHE :
La silice amorphe est principalement obtenue par l’exploitation minière, notamment l’extraction de sable et la purification du quartz.
Le quartz convient à de nombreuses fins, tandis qu'un traitement chimique est nécessaire pour fabriquer un produit plus pur ou plus adapté (par exemple plus réactif ou à grains fins).
*Silice précipitée
La silice précipitée ou silice amorphe est produite par l'acidification de solutions de silicate de sodium.
Le précipité gélatineux ou gel de silice est d’abord lavé puis déshydraté pour produire de la silice microporeuse incolore.
L'équation idéalisée impliquant un trisilicate et de l'acide sulfurique est :
Na2Si3O7+H2SO4 ⟶ 3SiO2+Na2SO4+H2O
Environ un milliard de kilogrammes par an (1999) de silice ont été produits de cette manière, principalement pour être utilisés dans les composites polymères – pneus et semelles de chaussures.
*Sur les puces électroniques
De minces films de silice se développent spontanément sur des plaquettes de silicium par oxydation thermique, produisant une couche très peu profonde d'environ 1 nm ou 10 Å d'oxyde dit natif.
Des températures plus élevées et des environnements alternatifs sont utilisés pour faire croître des couches bien contrôlées de silice amorphe sur du silicium, par exemple à des températures comprises entre 600 et 1200 °C, en utilisant ce qu'on appelle l'oxydation sèche avec O2
Si+O2 ⟶ SiO2
ou oxydation humide avec H2O.
Si+2H2O ⟶ SiO2+2H2
La couche d'oxyde natif est bénéfique en microélectronique, où elle agit comme isolant électrique avec une stabilité chimique élevée.
Il peut protéger le silicium, stocker la charge, bloquer le courant et même agir comme une voie contrôlée pour limiter le flux de courant.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES de la SILICE AMORPHE :
Formule chimique : SiO₂
Masse molaire : 60,08 g/mol
Aspect : Transparent ou blanc ; solide incolore et inodore
Densité : 2,648 g/cm³ (α-quartz), 2,196 g/cm³ (amorphe), 2,2 g/cm³
Point de fusion : 1 713 °C (3 115 °F ; 1 986 K) (amorphe) : 4,88 ; 1 610 °C
Point d'ébullition : 2 950 °C (5 340 °F ; 3 220 K) ; 2 230 °C
Susceptibilité magnétique (χ) : −29,6•10⁻⁶ cm³/mol
Conductivité thermique : 12 W/(m•K) (‖ axe c), 6,8 W/(m•K) ( ⊥ axe c),
1,4 W/(m•K) (amorphe) : 12,213
Indice de réfraction (nD) : 1,544 (o), 1,553 (e) : 4,143
État physique : solide
Couleur : Blanc
Odeur : Aucune donnée disponible
Point de fusion/point de congélation : Aucune donnée disponible
Point d'ébullition initial et plage d'ébullition : 2 230 °C
Inflammabilité (solide, gaz) : Le produit n'est pas inflammable.
Limites supérieures/inférieures d'inflammabilité ou d'explosivité : Aucune donnée disponible
Point d'éclair : Non applicable
Température d'auto-inflammation : Aucune donnée disponible
Température de décomposition : Aucune donnée disponible
pH : Aucune donnée disponible
Viscosité:
– Viscosité, cinématique : Aucune donnée disponible
– Viscosité, dynamique : Aucune donnée disponible
Solubilité dans l'eau : insoluble ; aucune donnée disponible
Coefficient de partage (n-octanol/eau) : Aucune donnée disponible
Pression de vapeur : Aucune donnée disponible
Densité : Aucune donnée disponible
Densité relative : Aucune donnée disponible
Densité de vapeur relative : Aucune donnée disponible
Caractéristiques des particules : Aucune donnée disponible
Propriétés explosives : Aucune donnée disponible
Propriétés oxydantes : Aucune
Autres informations de sécurité :
– Masse volumique apparente : environ 200–800 kg/m³
– Taille des particules : < 2 mm
Numéros CAS : 14808-60-7, 112945-52-5, 60676-86-0, 7631-86-9, 99439-28-8
Numéros EINECS : 215-683-2, 238-878-4, 262-373-8, 231-545-4
InChI : InChI=1/O2Si/c1-3-2
Formule moléculaire : O₂Si
Conditions de stockage : Température ambiante
Numéro MDL : MFCD00011232
Composé canonisé : Oui
PREMIERS SECOURS en cas de SILICE AMORPHE :
-Description des mesures de premiers secours
*Conseils généraux :
Montrez cette fiche de données de sécurité au médecin traitant.
*En cas d'inhalation :
Après inhalation :
Air frais.
*En cas de contact avec la peau :
Enlever immédiatement tous les vêtements contaminés.
Rincer la peau avec
eau/douche.
*En cas de contact avec les yeux :
Après contact visuel :
Rincer abondamment à l'eau.
Appelez un ophtalmologue.
Retirer les lentilles de contact.
*En cas d'ingestion :
Après ingestion :
Faire boire immédiatement de l’eau à la victime (deux verres au maximum).
Consultez un médecin.
-Indication de toute attention médicale immédiate et de tout traitement spécial nécessaire.
Aucune donnée disponible
MESURES À PRENDRE EN CAS DE DÉVERSEMENT ACCIDENTEL DE SILICE AMORPHE :
-Précautions environnementales :
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
- Méthodes et matériaux de confinement et de nettoyage :
Couvrir les drains.
Recueillir, lier et pomper les déversements.
Respecter les éventuelles restrictions matérielles.
Prendre à sec.
Éliminer correctement.
Nettoyer la zone affectée.
MESURES DE LUTTE CONTRE L'INCENDIE DE LA SILICE AMORPHE :
- Moyens d'extinction :
*Moyens d’extinction appropriés :
Dioxyde de carbone (CO2)
Mousse
Poudre sèche
*Moyens d'extinction inappropriés :
Pour cette substance/ce mélange, aucune limitation des agents extincteurs n'est donnée.
-Informations complémentaires :
Empêcher l’eau d’extinction d’incendie de contaminer les eaux de surface ou le réseau d’eaux souterraines.
CONTRÔLES D'EXPOSITION/PROTECTION INDIVIDUELLE de la SILICE AMORPHE :
-Paramètres de contrôle :
--Ingrédients avec paramètres de contrôle sur le lieu de travail :
-Contrôles d'exposition :
--Équipement de protection individuelle :
*Protection des yeux/du visage :
Utiliser un équipement de protection des yeux.
Lunettes de sécurité
*Protection du corps :
vêtements de protection
*Protection respiratoire :
Type de filtre recommandé : Filtre A
-Contrôle de l’exposition environnementale :
Ne pas laisser le produit pénétrer dans les égouts.
MANIPULATION et STOCKAGE de la SILICE AMORPHE :
-Conditions de stockage sûr, y compris les éventuelles incompatibilités :
*Conditions de stockage :
Bien fermé.
Sec.
STABILITÉ et RÉACTIVITÉ de la SILICE AMORPHE :
-Stabilité chimique :
Le produit est chimiquement stable dans des conditions ambiantes standard (température ambiante).
-Possibilité de réactions dangereuses :
Aucune donnée disponible
