Biossido di silicio - Silicon dioxide

Campione di biossido di silicio.jpg
nomi
nome IUPAC
Biossido di silicio
Altri nomi
Identificatori
CheBI
ChemSpider
Scheda informativa dell'ECHA 100.028.678 Modificalo su Wikidata
Numero CE
E numero E551 (regolatori di acidità, ...)
200274
KEGG
Maglia Silicio+biossido
Numero RTECS
UNII
  • InChI=1S/O2Si/c1-3-2 dai un'occhiata
    Legenda: VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N dai un'occhiata
Proprietà
SiO 2
Massa molare 60,08 g/mol
Aspetto esteriore Solido trasparente (Amorfo) Bianco/Giallo biancastro (Polvere/Sabbia)
Densità 2,648 (α-quarzo), 2,196 (amorfo) g·cm -3
Punto di fusione 1.713 ° C (3.115 ° F; 1.986 K) (amorfo) a
Punto di ebollizione 2.950 ° C (5.340 ° F; 3.220 K)
−29,6·10 −6 cm 3 /mol
Conduttività termica 12 (|| asse c), 6.8 (⊥ asse c), 1.4 (am.) W/(m⋅K)
1.544 ( o ), 1.553 (e)
Pericoli
NFPA 704 (diamante di fuoco)
0
0
0
NIOSH (limiti di esposizione per la salute negli Stati Uniti):
PEL (consentito)
TWA 20 mppcf (80 mg/m 3 /%SiO 2 ) (amorfo)
REL (consigliato)
8 ore 6 mg/m 3 (amorfo)
Ca 8 ore 0,05 mg/m 3
IDLH (pericolo immediato)
3000 mg/m 3 (amorfo)
Ca [25 mg/m 3 (cristobalite, tridimite); 50 mg/m 3 (quarzo)]
Composti correlati
dioni correlati
Diossido di carbonio

Biossido di germanio Biossido di
stagno Biossido di
piombo

Composti correlati
Monossido di silicio

solfuro di silicio

Termochimica
42 J·mol −1 ·K −1
−911 kJ·mol −1
Salvo indicazione contraria, i dati sono forniti per i materiali nel loro stato standard (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Riferimenti alla casella informativa

Il biossido di silicio , noto anche come silice , è un ossido di silicio con la formula chimica Si O 2 , più comunemente presente in natura come quarzo e in vari organismi viventi. In molte parti del mondo, la silice è il principale costituente della sabbia . La silice è una delle famiglie di materiali più complesse e più abbondanti, esistente come composto di più minerali e come prodotto sintetico. Esempi notevoli includono quarzo fuso , silice pirogenica , gel di silice e aerogel . Viene utilizzato nei materiali strutturali, nella microelettronica (come isolante elettrico ) e come componenti nell'industria alimentare e farmaceutica.

Struttura

Motivo strutturale trovato in α-quarzo, ma trovato anche in quasi tutte le forme di biossido di silicio
Subunità tipica per biossido di silicio a bassa pressione
Relazione tra indice di rifrazione e densità per alcune forme di SiO 2

Nella maggior parte dei silicati , l'atomo di silicio mostra una coordinazione tetraedrica , con quattro atomi di ossigeno che circondano un atomo di Si centrale ( vedi Cella unitaria 3-D ). Pertanto, SiO 2 forma solidi reticolari tridimensionali in cui ciascun atomo di silicio è legato covalentemente in modo tetraedrico a 4 atomi di ossigeno. Al contrario, la CO 2 è una molecola lineare. Le strutture nettamente diverse dei biossidi di carbonio e silicio sono una manifestazione della regola del doppio legame .

SiO 2 ha diverse forme cristalline distinte , ma hanno quasi sempre la stessa struttura locale attorno a Si e O. Nel quarzo α la lunghezza del legame Si-O è 161 pm, mentre nell'α-tridimite è compresa tra 154 e 171 pm . L'angolo Si-O-Si varia anche tra un valore basso di 140° in α-tridimite, fino a 180° in β-tridimite. In α-quarzo, l'angolo Si-O-Si è 144°.

Polimorfismo

Il quarzo alfa è la forma stabile di SiO 2 solido a temperatura ambiente. I minerali ad alta temperatura, cristobalite e tridimite , hanno sia densità che indici di rifrazione inferiori rispetto al quarzo. La trasformazione da quarzo α a quarzo beta avviene bruscamente a 573 °C. Poiché la trasformazione è accompagnata da una significativa variazione di volume, può facilmente indurre la fratturazione di ceramiche o rocce che attraversano questo limite di temperatura. I minerali ad alta pressione, seifertite , stishovite e coesite , tuttavia, hanno densità e indici di rifrazione più elevati rispetto al quarzo. La stishovite ha una struttura simile al rutilo in cui il silicio è a 6 coordinate. La densità della stishovite è 4,287 g/cm 3 , rispetto all'α-quarzo, la più densa delle forme a bassa pressione, che ha una densità di 2,648 g/cm 3 . La differenza di densità può essere attribuita all'aumento della coordinazione poiché le sei lunghezze di legame Si-O più corte nella stishovite (quattro lunghezze di legame Si-O di 176 pm e altre due di 181 pm) sono maggiori della lunghezza del legame Si-O ( 161 pm) in α-quarzo. Il cambiamento nella coordinazione aumenta l'ionicità del legame Si-O. Ancora più importante, eventuali deviazioni da questi parametri standard costituiscono differenze o variazioni microstrutturali, che rappresentano un approccio a un solido amorfo , vitreo o vetroso.

La silice faujasite , un altro polimorfo, si ottiene per dealluminazione di una zeolite Y ultra-stabile a basso contenuto di sodio con trattamento combinato acido e termico. Il prodotto risultante contiene oltre il 99% di silice, presenta elevata cristallinità e superficie specifica (oltre 800 m 2 /g). La faujasite-silice ha una stabilità termica e acida molto elevata. Ad esempio, mantiene un alto grado di ordine molecolare o cristallinità a lungo raggio anche dopo l'ebollizione in acido cloridrico concentrato .

SiO 2 . fuso

La silice fusa presenta diverse caratteristiche fisiche peculiari che sono simili a quelle osservate nell'acqua liquida : espansione termica negativa, densità massima a temperature ~5000 °C e capacità termica minima. La sua densità diminuisce da 2,08 g/cm 3 a 1950 °C a 2,03 g/cm 3 a 2200 °C.

SiO molecolare 2

Il SiO 2 molecolare ha una struttura lineare come la CO
2
. È stato prodotto combinando il monossido di silicio (SiO) con l'ossigeno in una matrice di argon . Il biossido di silicio dimerico, (SiO 2 ) 2 è stato ottenuto facendo reagire O 2 con monossido di silicio dimerico isolato da matrice, (Si 2 O 2 ). Nel biossido di silicio dimerico ci sono due atomi di ossigeno che fanno ponte tra gli atomi di silicio con un angolo Si-O-Si di 94° e una lunghezza del legame di 164,6 pm e la lunghezza del legame Si-O terminale è di 150,2 pm. La lunghezza del legame Si-O è 148,3 pm, che si confronta con la lunghezza di 161 pm in α-quarzo. L'energia di legame è stimata a 621,7 kJ/mol.

Evento naturale

Geologia

Si O 2 si trova più comunemente in natura sotto forma di quarzo , che comprende più del 10% in massa della crosta terrestre. Il quarzo è l'unico polimorfo della silice stabile sulla superficie terrestre. Presenze metastabili delle forme ad alta pressione coesite e stishovite sono state trovate intorno a strutture di impatto e associate a eclogiti formate durante il metamorfismo ad altissima pressione . Le forme ad alta temperatura di tridimite e cristobalite sono note da rocce vulcaniche ricche di silice . In molte parti del mondo, la silice è il principale costituente della sabbia .

Biologia

Anche se è poco solubile, la silice è presente in molte piante come il riso . I materiali vegetali ad alto contenuto di fitoliti di silice sembrano essere importanti per gli animali al pascolo, dagli insetti masticatori agli ungulati . La silice accelera l'usura dei denti e alti livelli di silice nelle piante frequentemente mangiate dagli erbivori potrebbero essersi sviluppate come meccanismo di difesa contro la predazione.

La silice è anche il componente principale della cenere di lolla di riso , che viene utilizzata, ad esempio, nella filtrazione e come materiale cementizio supplementare (SCM) nella produzione di cemento e calcestruzzo .

Per oltre un miliardo di anni, la silicizzazione all'interno e ad opera delle cellule è stata comune nel mondo biologico. Nel mondo moderno, si verifica in batteri, organismi unicellulari, piante e animali (invertebrati e vertebrati). Esempi importanti includono:

I minerali cristallini formati nell'ambiente fisiologico spesso mostrano proprietà fisiche eccezionali (ad es. resistenza, durezza, tenacità alla frattura) e tendono a formare strutture gerarchiche che mostrano un ordine microstrutturale su una gamma di scale. I minerali vengono cristallizzati da un ambiente sottosaturo di silicio e in condizioni di pH neutro e bassa temperatura (0–40 °C).

Non è chiaro in che modo la silice sia importante nella nutrizione degli animali . Questo campo di ricerca è impegnativo perché la silice è onnipresente e nella maggior parte dei casi si dissolve solo in tracce. Tuttavia, si verifica certamente nel corpo vivente, creando la sfida di creare controlli privi di silice per scopi di ricerca. Ciò rende difficile essere sicuri quando la silice presente abbia avuto effetti operativi benefici, e quando la sua presenza sia casuale, o addirittura dannosa. L'attuale consenso è che sembra certamente importante per la crescita, la forza e la gestione di molti tessuti connettivi. Questo è vero non solo per i tessuti connettivi duri come ossa e denti, ma forse anche per la biochimica delle strutture contenenti enzimi subcellulari.

Usi

Uso strutturale

Circa il 95% dell'uso commerciale del biossido di silicio (sabbia) avviene nell'industria delle costruzioni, ad esempio per la produzione di calcestruzzo ( cemento cemento Portland ).

Alcuni depositi di sabbia silicea, con granulometria e forma desiderabili e argilla desiderabile e altri contenuti minerali, erano importanti per la colata in sabbia di prodotti metallici. L'alto punto di fusione della silice ne consente l'utilizzo in applicazioni quali la fusione di ghisa; la moderna fusione in sabbia a volte utilizza altri minerali per altri motivi.

La silice cristallina viene utilizzata nella fratturazione idraulica di formazioni che contengono tight oil e gas di scisto .

Precursore del vetro e del silicio

La silice è l'ingrediente principale nella produzione della maggior parte del vetro . Poiché altri minerali vengono fusi con la silice, il principio della depressione del punto di congelamento abbassa il punto di fusione della miscela e aumenta la fluidità. La temperatura di transizione vetrosa di SiO 2 puro è di circa 1475 K. Quando il biossido di silicio fuso SiO 2 viene rapidamente raffreddato, non cristallizza, ma si solidifica come un vetro. Per questo motivo , la maggior parte degli smalti ceramici ha la silice come ingrediente principale.

La geometria strutturale del silicio e dell'ossigeno nel vetro è simile a quella del quarzo e della maggior parte delle altre forme cristalline di silicio e ossigeno con silicio circondato da regolari tetraedri di centri di ossigeno. La differenza tra la forma vetrosa e quella cristallina deriva dalla connettività delle unità tetraedriche: sebbene non vi sia periodicità a lungo raggio nell'ordinamento della rete vetrosa, l'ordinamento rimane su scale di lunghezza ben oltre la lunghezza del legame SiO. Un esempio di questo ordinamento è la preferenza per formare anelli di 6-tetraedri.

Anche la maggior parte delle fibre ottiche per telecomunicazioni è costituita da silice. È una materia prima primaria per molte ceramiche come la terracotta , il gres e la porcellana .

Il biossido di silicio viene utilizzato per produrre silicio elementare . Il processo prevede la riduzione carbotermica in un forno elettrico ad arco :

Silice affumicata

La silice pirogenica, nota anche come silice pirogenica, viene preparata bruciando SiCl 4 in una fiamma di idrogeno ricca di ossigeno per produrre un "fumo" di SiO 2 .

Può anche essere prodotto vaporizzando sabbia di quarzo in un arco elettrico a 3000 °C. Entrambi i processi producono goccioline microscopiche di silice amorfa fuse in particelle secondarie tridimensionali ramificate, simili a catene, che poi si agglomerano in particelle terziarie, una polvere bianca con densità apparente estremamente bassa (0,03-,15 g/cm 3 ) e quindi area superficiale elevata . Le particelle agiscono come addensante tissotropico o come agente antiagglomerante e possono essere trattate per renderle idrofile o idrofobe per applicazioni con acqua o liquidi organici

Silice pirogenica prodotta con superficie massima di 380 m 2 /g

Il fumo di silice è una polvere ultrafine raccolta come sottoprodotto della produzione di silicio e leghe di ferrosilicio . È costituito da particelle sferiche amorfe (non cristalline) con un diametro medio delle particelle di 150 nm, senza la ramificazione del prodotto pirogeno. L'utilizzo principale è come materiale pozzolanico per calcestruzzi ad alte prestazioni. Le nanoparticelle di silice pirogenica possono essere utilizzate con successo come agente anti-invecchiamento nei leganti per asfalto.

Applicazioni alimentari, cosmetiche e farmaceutiche

La silice, sia colloidale, precipitata o pirogenica, è un additivo comune nella produzione alimentare. Viene utilizzato principalmente come fluido o antiagglomerante in alimenti in polvere come spezie e creme per caffè non caseari, o polveri da formare in compresse farmaceutiche. Può adsorbire acqua nelle applicazioni igroscopiche . La silice colloidale viene utilizzata come chiarificante per vino, birra e succhi, con il numero E di riferimento E551 .

In cosmetica, la silice è utile per le sue proprietà di diffusione della luce e la naturale capacità di assorbimento.

La farina fossile , un prodotto estratto, è stata utilizzata per secoli nell'alimentazione e nella cosmesi. Consiste dei gusci di silice di microscopiche diatomee ; in una forma meno elaborata veniva venduta come "dente in polvere". La silice idrata prodotta o estratta viene utilizzata come abrasivo duro nel dentifricio .

Semiconduttori

Il biossido di silicio è ampiamente utilizzato nella tecnologia dei semiconduttori

  • per la passivazione primaria (direttamente sulla superficie del semiconduttore),
  • come dielettrico di gate originale in tecnologia MOS. Oggi quando lo scaling (dimensione della lunghezza del gate del transistor MOS) è progredito al di sotto dei 10 nm il biossido di silicio è stato sostituito da altri materiali dielettrici come l'ossido di afnio o simili con costante dielettrica maggiore rispetto al biossido di silicio,
  • come strato dielettrico tra strati metallici (cablaggio) (a volte fino a 8-10) elementi di collegamento e
  • come secondo strato di passivazione (per proteggere gli elementi semiconduttori e gli strati di metallizzazione) tipicamente oggi stratificato con alcuni altri dielettrici come il nitruro di silicio .

Poiché il biossido di silicio è un ossido nativo di silicio, è più ampiamente utilizzato rispetto ad altri semiconduttori come l' arseniuro di gallio o il fosfuro di indio .

Il biossido di silicio potrebbe essere coltivato su una superficie di semiconduttore di silicio . Gli strati di ossido di silicio potrebbero proteggere le superfici di silicio durante i processi di diffusione e potrebbero essere utilizzati per il mascheramento della diffusione.

La passivazione superficiale è il processo mediante il quale la superficie di un semiconduttore viene resa inerte e non modifica le proprietà del semiconduttore a seguito dell'interazione con l'aria o altri materiali a contatto con la superficie o il bordo del cristallo. La formazione di uno strato di biossido di silicio cresciuto termicamente riduce notevolmente la concentrazione di stati elettronici sulla superficie del silicio . I film di SiO 2 preservano le caratteristiche elettriche delle giunzioni p–n e prevengono il deterioramento di queste caratteristiche elettriche da parte dell'ambiente gassoso. Gli strati di ossido di silicio potrebbero essere usati per stabilizzare elettricamente le superfici di silicio. Il processo di passivazione superficiale è un metodo importante per la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore che prevede il rivestimento di un wafer di silicio con uno strato isolante di ossido di silicio in modo che l'elettricità possa penetrare in modo affidabile nel silicio conduttore sottostante. La crescita di uno strato di biossido di silicio sopra un wafer di silicio consente di superare gli stati superficiali che altrimenti impediscono all'elettricità di raggiungere lo strato semiconduttore.

Il processo di passivazione della superficie del silicio mediante ossidazione termica (biossido di silicio) è fondamentale per l' industria dei semiconduttori . È comunemente usato per produrre transistor ad effetto di campo (MOSFET) e chip di circuiti integrati al silicio (con il processo planare ).

Altro

La silice idrofobica viene utilizzata come componente antischiuma .

Nella sua qualità di refrattario , è utile in forma di fibra come tessuto di protezione termica ad alta temperatura .

La silice viene utilizzata nell'estrazione di DNA e RNA grazie alla sua capacità di legarsi agli acidi nucleici in presenza di caotropi .

L'aerogel di silice è stato utilizzato nella navicella spaziale Stardust per raccogliere particelle extraterrestri.

La silice pura (biossido di silicio), una volta raffreddata come quarzo fuso in un vetro senza un vero punto di fusione, può essere utilizzata come fibra di vetro per la fibra di vetro.

Produzione

Il biossido di silicio è principalmente ottenuto dall'estrazione mineraria, compresa l' estrazione della sabbia e la purificazione del quarzo . Il quarzo è adatto a molti scopi, mentre la lavorazione chimica è necessaria per realizzare un prodotto più puro o comunque più adatto (ad es. più reattivo oa grana fine).

Silice precipitata

La silice precipitata o silice amorfa è prodotta dall'acidificazione di soluzioni di silicato di sodio . Il precipitato gelatinoso o gel di silice , viene prima lavato e poi disidratato per produrre silice microporosa incolore. L'equazione idealizzata che coinvolge un trisilicato e un acido solforico è:

In questo modo sono stati prodotti circa un miliardo di chilogrammi/anno (1999) di silice, principalmente per l'uso per compositi polimerici - pneumatici e suole per scarpe.

Su microchip

Film sottili di silice crescono spontaneamente sulle fette di silicio tramite ossidazione termica , producendo uno strato molto superficiale di circa 1 nm o 10 Å di ossido cosiddetto nativo. Temperature più elevate e ambienti alternativi vengono utilizzati per far crescere strati ben controllati di biossido di silicio sul silicio, ad esempio a temperature comprese tra 600 e 1200 °C, utilizzando la cosiddetta ossidazione a secco con O 2

o ossidazione a umido con H 2 O.

Lo strato di ossido nativo è vantaggioso nella microelettronica , dove agisce come isolante elettrico con elevata stabilità chimica. Può proteggere il silicio, immagazzinare carica, bloccare la corrente e persino agire come un percorso controllato per limitare il flusso di corrente.

Laboratorio o metodi speciali

Da composti di organosilicio

Molte vie per il biossido di silicio iniziano con un composto di organosilicio, ad esempio HMDSO, TEOS. La sintesi della silice è illustrata di seguito utilizzando l' ortosilicato di tetraetile (TEOS). Il semplice riscaldamento di TEOS a 680–730 °C produce l'ossido:

Allo stesso modo TEOS brucia intorno ai 400 °C:

TEOS subisce l' idrolisi tramite il cosiddetto processo sol-gel . Il corso della reazione e la natura del prodotto sono influenzati dai catalizzatori, ma l'equazione idealizzata è:

Altri metodi

Essendo altamente stabile, il biossido di silicio deriva da molti metodi. Concettualmente semplice, ma di scarso valore pratico, la combustione del silano dà biossido di silicio. Questa reazione è analoga alla combustione del metano:

Tuttavia, la deposizione chimica da vapore del biossido di silicio sulla superficie del cristallo dal silano era stata utilizzata utilizzando l'azoto come gas di trasporto a 200-500 ° C.

Reazioni chimiche

La silice viene convertita in silicio per riduzione con carbonio.

Il fluoro reagisce con il biossido di silicio per formare SiF 4 e O 2 mentre gli altri gas alogeni (Cl 2 , Br 2 , I 2 ) sono sostanzialmente non reattivi.

La maggior parte delle forme di biossido di silicio (ad eccezione della stishovite , che non reagisce in modo significativo) vengono attaccate dall'acido fluoridrico (HF) per produrre acido esafluorosilicico :

L'HF viene utilizzato per rimuovere o modellare il biossido di silicio nell'industria dei semiconduttori.

In condizioni normali, il silicio non reagisce con la maggior parte degli acidi ma viene sciolto dall'acido fluoridrico.

Il silicio viene attaccato da basi come l'idrossido di sodio acquoso per dare silicati.

Il biossido di silicio agisce come un acido Lux-Flood , essendo in grado di reagire con le basi in determinate condizioni. Poiché non contiene idrogeno, la silice non idratata non può agire direttamente come acido di Brønsted-Lowry . Mentre il biossido di silicio è solo poco solubile in acqua a pH basso o neutro (tipicamente, 2 × 10 -4 M per il quarzo fino a 10 -3 M per il calcedonio criptocristallino ), le basi forti reagiscono con il vetro e lo dissolvono facilmente. Pertanto, le basi forti devono essere conservate in bottiglie di plastica per evitare di inceppare il tappo della bottiglia, per preservare l'integrità del destinatario e per evitare contaminazioni indesiderate da parte degli anioni di silicato.

Il biossido di silicio si dissolve in alcali caldi concentrati o idrossido fuso, come descritto in questa equazione idealizzata:

Biossido di silicio per neutralizzare ossidi di metalli di base (per esempio sodio ossido , ossido di potassio , ossido di piombo (II) , ossido di zinco , o miscele di ossidi, formando silicati e bicchieri come i legami Si-O-Si in silice sono rotti in successione). Ad esempio la reazione di ossido di sodio e SiO 2 può produrre ortosilicato di sodio, silicato di sodio e vetri, a seconda delle proporzioni dei reagenti:

.

Esempi di tali vetri hanno un significato commerciale, ad esempio vetro soda-calcico , vetro borosilicato , vetro al piombo . In questi bicchieri, la silice è definita formatore di rete o formatore di reticolo. La reazione è utilizzata anche negli altiforni per rimuovere le impurità della sabbia nel minerale mediante neutralizzazione con ossido di calcio , formando scorie di silicato di calcio .

Fascio di fibre ottiche composto da silice ad elevata purezza

Il biossido di silicio reagisce a riflusso riscaldato sotto diazoto con glicole etilenico e una base di metallo alcalino per produrre silicati pentacoordinati altamente reattivi che forniscono accesso a un'ampia varietà di nuovi composti di silicio. I silicati sono essenzialmente insolubili in tutti i solventi polari eccetto il metanolo .

Il biossido di silicio reagisce con il silicio elementare ad alte temperature per produrre SiO:

Solubilità dell'acqua

La solubilità del biossido di silicio in acqua dipende fortemente dalla sua forma cristallina ed è tre-quattro volte superiore per la silice rispetto al quarzo; in funzione della temperatura raggiunge picchi intorno ai 340 °C. Questa proprietà viene utilizzata per far crescere singoli cristalli di quarzo in un processo idrotermale in cui il quarzo naturale viene sciolto in acqua surriscaldata in un recipiente a pressione che è più freddo nella parte superiore. I cristalli di 0,5-1 kg possono essere coltivati ​​per 1-2 mesi. Questi cristalli sono una fonte di quarzo molto puro per l'uso in applicazioni elettroniche.

Effetti sulla salute

Sabbia di quarzo (silice) come materia prima principale per la produzione di vetro commerciale

Silice ingerita oralmente è essenzialmente non tossico, con una LD 50 di 5000 mg / kg (5 g / kg). Uno studio del 2008 che ha seguito soggetti per 15 anni ha rilevato che livelli più elevati di silice nell'acqua sembravano ridurre il rischio di demenza . Un aumento di 10 mg/die di silice nell'acqua potabile è stato associato a un ridotto rischio di demenza dell'11%.

L'inalazione di polvere di silice cristallina finemente suddivisa può portare a silicosi , bronchite o cancro ai polmoni , poiché la polvere si deposita nei polmoni e irrita continuamente il tessuto, riducendo le capacità polmonari. Quando le particelle fini di silice vengono inalate in quantità sufficientemente grandi (ad esempio attraverso l'esposizione professionale), aumenta il rischio di malattie autoimmuni sistemiche come il lupus e l'artrite reumatoide rispetto ai tassi previsti nella popolazione generale.

Rischio professionale

La silice rappresenta un rischio professionale per le persone che eseguono operazioni di sabbiatura o lavorano con prodotti che contengono silice cristallina in polvere. La silice amorfa, come la silice pirogenica, in alcuni casi può causare danni polmonari irreversibili ma non è associata allo sviluppo della silicosi. I bambini, gli asmatici di qualsiasi età, gli allergici e gli anziani (tutti con ridotta capacità polmonare ) possono essere colpiti in meno tempo.

La silice cristallina è un rischio professionale per chi lavora con i controsoffitti in pietra , perché il processo di taglio e installazione dei controsoffitti crea grandi quantità di silice nell'aria. La silice cristallina utilizzata nella fratturazione idraulica presenta un rischio per la salute dei lavoratori.

Fisiopatologia

Nel corpo, le particelle di silice cristallina non si dissolvono in periodi clinicamente rilevanti. I cristalli di silice all'interno dei polmoni possono attivare l' inflammasoma NLRP3 all'interno dei macrofagi e delle cellule dendritiche e quindi portare alla produzione di interleuchina , una citochina altamente pro-infiammatoria nel sistema immunitario.

Regolamento

I regolamenti che limitano l'esposizione alla silice "rispetto al rischio di silicosi" specificano che riguardano solo la silice, che è sia cristallina che formante polvere.

Nel 2013, la US Occupational Safety and Health Administration ha ridotto il limite di esposizione a 50 µg /m 3 di aria. Prima del 2013, aveva consentito 100 µg/m 3 e nei lavoratori edili anche 250 µg/m 3 . Nel 2013, OSHA ha anche richiesto il "completamento verde" dei pozzi fratturati per ridurre l'esposizione alla silice cristallina oltre a limitare il limite di esposizione.

forme cristalline

SiO 2 , più di quasi tutti i materiali, esiste in molte forme cristalline. Queste forme sono chiamate polimorfi .

Forme cristalline di SiO 2
Modulo Simmetria del cristallo
Simbolo di Pearson , gruppo n.
ρ
g / cm 3
Appunti Struttura
α-quarzo romboedrico (trigonale)
hP9, P3 1 21 No.152
2.648 Catene elicoidali che rendono otticamente attivi i singoli cristalli singoli; α-quarzo converte in β-quarzo a 846 K A-quartz.png
-quarzo esagonale
hP18, P6 2 22, n° 180
2.533 Strettamente correlato al quarzo α (con un angolo Si-O-Si di 155°) e otticamente attivo; Il -quarzo si converte in -tridimite a 1140 K B-quartz.png
α-tridimite ortorombica
oS24, C222 1 , No.20
2.265 Forma metastabile a pressione normale A-tridymite.png
-tridimite esagonale
hP12, P6 3 /mmc, n. 194
Strettamente correlato all'α-tridimite; La β-tridimite si converte in -cristobalite a 2010 K B-tridymite.png
α-cristobalite tetragonale
tP12, P4 1 2 1 2, n. 92
2.334 Forma metastabile a pressione normale A-cristobalite.png
-cristobalite cubico
cF104, Fd 3 m, No.227
Strettamente correlato all'α-cristobalite; si scioglie a 1978 K B-cristobalite.png
cheatite tetragonale
tP36, P4 1 2 1 2, n. 92
3.011 anelli di Si 5 O 10 , Si 4 O 8 , Si 8 O 16 ; sintetizzato da silice vetrosa e alcali a 600–900 K e 40–400 MPa Keatite.png
moganite monoclina
mS46, C2/c, No.15
Anelli Si 4 O 8 e Si 6 O 12 Moganite.png
coesite monoclina
mS48, C2/c, No.15
2.911 anelli di Si 4 O 8 e Si 8 O 16 ; 900 K e 3–3,5 GPa Coesite.png
stishovite tetragonale
tP6, P4 2 /mnm, No.136
4.287 Uno dei polimorfi più densi (insieme alla seifertite) della silice; simile al rutilo con 6 volte il Si coordinato; 7,5–8,5 GPa Stishovite.png
seifertite ortorombica
oP, Pbcn
4.294 Uno dei polimorfi più densi (insieme alla stishovite) della silice; viene prodotto a pressioni superiori a 40 GPa. SeifertiteStructure.png
melanoflogite cubica (cP*, P4 2 32, No.208) o tetragonale (P4 2 /nbc) 2.04 anelli di Si 5 O 10 , Si 6 O 12 ; minerale sempre presente con idrocarburi negli spazi interstiziali - un clathrasil ( clatrato di silice ) MelanophlogiteStucture.png
fibroso
W-silice
ortorombica
oI12, Ibam, No.72
1,97 Come SiS 2 costituito da catene di condivisione dei bordi, fonde a ~1700 K SiS2typeSilica.png
Silice 2D esagonale Struttura a doppio strato simile a un foglio Silice 2D structure.png

Sicurezza

L'inalazione di silice cristallina finemente suddivisa può portare a gravi infiammazioni del tessuto polmonare , silicosi , bronchite , cancro ai polmoni e malattie autoimmuni sistemiche , come il lupus e l'artrite reumatoide . L'inalazione di biossido di silicio amorfo , ad alte dosi, porta a un'infiammazione non permanente a breve termine, dove tutti gli effetti guariscono.

Altri nomi

Questo elenco esteso enumera sinonimi di biossido di silicio; tutti questi valori provengono da un'unica fonte; i valori nella fonte sono stati presentati in maiuscolo.

  • CAS 112945-52-5
  • Acitcel
  • Aerosil
  • Polvere di silice amorfa
  • Aquafil
  • CAB-O-GRIP II
  • CAB-O-SIL
  • CAB-O-SPERSE
  • Catalogare
  • Silice colloidale
  • Biossido di silicio colloidale
  • dicalite
  • DRI-DIE Insetticida 67
  • FLO-GARD
  • Farina fossile
  • Silice affumicata
  • Biossido di silicio fumato
  • HI-SEL
  • LO-VEL
  • Ludox
  • Nalcoag
  • Nyacol
  • Santocel
  • Silice
  • Aerogel di silice
  • Silice, amorfa
  • Anidride silicica
  • Silikill
  • Silice amorfa sintetica
  • Vulkasil

Guarda anche

Riferimenti

link esterno