SiO2 trong tự nhiên ở dạng cát và thạch anh (quartz), trong vỏ tế bào tảo cát (diatom), là vật liệu dồi dào trên bề mặt trái đất. SiO2 được chế tạo thành các dạng như: thạch anh nấu chảy, fumed silica (hoặc Aerosil thương mại, cab-O-Sil), keo silica, silica gel và aerogel (gel mà thành phần lỏng thay thế bằng khí).
SiO2 được sử dụng chủ yếu để sản xuất thủy tinh, là thành phần chính trong sợi quang học, vật liệu thô trong gốm sứ (ceramic), xi măng portland công nghiệp.
SiO2 thường được sử dụng trong quá trình sản xuất thực phẩm như tác nhân tạo dòng trong thực phẩm dạng bột, hấp thu nước trong ứng dụng hút ẩm.
Là thành phần cơ bản trong tảo cát dùng để lọc và diệt côn trùng, thành phần chính của tro trấu được sử dụng trong lọc nước và sản xuất xi măng.
SiO2 được sử dụng trong kem đánh răng như chất mài mòn loại bỏ mảng bám.
SiO2 còn được sử dụng trong sợi tạo thành sợi chịu nhiệt. Trong mỹ phẩm, SiO2 được sử dụng do có tính khuếch tán ánh sáng [15, 51,52].
1.5.2. Cấu trúc tinh thể SiO2
Hình 1.13: Cấu trúc tinh thể SiO2 [51]
1.5.2.1. Dạng kết tinh
Trong tinh thể, một nguyên tử Si tạo bốn liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử oxi nằm ở các đỉnh của tứ diện. Mỗi nguyên tử O lại liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diện khác nhau. Góc liên kết O-S-O là 190 0C, độ dài liên kết Si-O là 1,61 Ao. Tính trung bình cứ một nguyên tử silic thì có hai nguyên tử oxi ứng với công thức SiO2 [51].
1.5.2.2. Dạng vô định hình
SiO2 dạng vô định hình khác với dạng tinh thể do có sự lắp ghép một cách ngẫu nhiên các đơn vị SiO4, tạo ra cấu trúc không tuần tự. Chính sự khác nhau này đã làm cho SiO2 dạng vô định hình có khối lượng riêng nhỏ hơn so với dạng tinh thể [51].
1.5.3. Tính chất của SiO2 1.5.3.1. Tính chất vật lý
Bảng 1.5: Một số tính chất vật lý SiO2 [51, 52]
Công thức phân tử SiO2
Khối lượng mol 60,084 (g/mol)
Dạng bột Màu trắng
Tỉ trọng 2,634 (g/cm3)
Nhiệt độ nóng chảy 1650 ( 75) oC Độ tan trong nước 0,012 (g/100ml)
SiO2 ở dạng tinh thể, nóng chảy ở 1713 oC, không tan trong nước. Trong tự nhiên, SiO2 tinh thể chủ yếu ở dạng khoáng thạch anh. Thạch anh đa số tồn tại ở dạng tinh thể lớn, không màu, trong suốt. Cát là SiO2 có chứa nhiều tạp chất.
SiO2 là chất rắn, khối lượng riêng khoảng 2,6 g/cm3 (tùy mỗi dạng thù hình), không tan trong nước, nóng chảy ở khoảng 1650 oC, sôi ở 2230 oC. Khi nóng chảy SiO2 chuyển thành chất lỏng không màu, làm lạnh chất lỏng này thu được khối SiO2 vô định hình trong suốt tương tự thủy tinh [51, 52].
1.5.3.2. Tính chất hóa học [52]
SiO2 là một hợp chất tương đối trơ, không bị các axit hòa tan trừ axit flohydric (HF).
SiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O (1.29) Dung dịch kiềm tác dụng rất chậm với SiO2 kể cả khi đun sôi, nhưng khi nung chảy SiO2 với hidroxit của kim loại kiềm ta thu được muối silicat.
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 (1.30) 1.5.4. Ứng dụng SiO2
1.5.4.1. Vai trò của SiO2 trong lớp phủ
SiO2 có hình thái học hạt dạng chuỗi (chain-like particle morphology). Trong
to
tạo thành bẫy phân tử chất lỏng và làm tăng độ nhớt. SiO2 được ứng dụng tạo dòng trong chất lỏng và tránh bọt khí. Khi lực thôi tác dụng, chất lỏng được làm dày trở lại (nhớt), tính chất này gọi là thixotropy (là tính chất của chất lỏng có độ nhớt ở nhiệt độ thường).
Những tính chất hữu dụng của SiO2 như:
- Tạo mạng lưới 3 chiều làm cho pigment (chất màu) không kết khối.
- Kháng lõm cho lớp phủ.
- Điều khiển tốc độ bay hơi của lớp phủ, ngăn tạo gờ.
- Lớp phủ bề mặt xốp kháng hấp phụ trên đế.
- Giúp định hình, tạo khuôn.
- Tính chất thấm nước (hydrophilic) của SiO2 thể hiện SiO2 hấp thu nước ở bề mặt và có tác dụng kháng kết khối.
1.5.4.2. SiO2 trong chất rắn, bột.
- SiO2 dùng gia cường cho cao su và nhựa - Làm lớp phủ
- Dùng trong xi măng
- Ngoài ra còn được dùng trong mỹ phẩm, dược, chất khử bọt, thuốc trừ sâu, mực in, pin và chất mài mòn [52].
CHƯƠNG 2