Siliciumdioxid

Siliziumdioxid (fachsprachlich: Siliciumdioxid) ist der Sammelbegriff für chemischeVerbindungen mit der SummenformelSiO₂. Im Deutschen wird für Siliziumdioxid fälschlich auch die Bezeichnung Kieselsäurebenutzt, obwohl Siliziumdioxid nur das Anhydrit der ortho-Kieselsäure Si(OH)₄ oder H₄SiO₄ ist, die sich aus Siliziumdioxid durch Anlagerung von 2 Molekülen Wasser bildet.

Amorphes SiO₂. Es kommt in weitgehend reiner Form vor und auch in vulkanischen Gläsern und Tektiten, die in ihrer Zusammensetzung sehr inhomogen und uneinheitlich sind.

• biogen: Skelette von Radiolarien, Diatomeen, Schwämmenaus Opal, diagenetisch verfestigt zu zum Beispiel Kieselschiefer.
• Geyserit: amorphe Sinterprodukte heißer Quellen
• Tachylit: vulkanisches Glas basaltischer Zusammensetzung, das neben SiO₂ größere Gehalte an FeO, MgO, CaO und Al₂O₃ enthält
• Obsidian: vulkanisches Glas granitischerZusammensetzung
• Tektit: Gesteinsgläser entstanden durch Schmelzen von Gestein infolge von Meteoriteneinschlägen
• Lechatelierit: reines natürliches SiO₂-Glas wie es z.B. in Tektiten vorkommt oder bei Blitzeinschlägen in Quarzsande entsteht (Fulgurit)
• Opal:
• SiO₂-Schmelze: bei Temperaturen oberhalb von 1727°C (bei 1 bar)

Im Gegensatz zum amporphen SiO₂ haben die kristallinen Formen nur eine sehr geringe Toleranz gegenüber Verunreinigungen. Sie unterscheiden sich nur in ihrer Struktur.

• Moganit(Chalcedon):
• ?-Quarz(Tiefquarz): Bildungsbedingungen: Temperatur T < 573°C, Druck p < 20 kbar
• ?-Quarz(Hochquarz): 573°C < T < 867°C, p < 30 kbar
• Tridymit: 867°C < 1470°C, p < 5 kbar
• Cristobalit: 1470°C < 1727°C
• Coesit: 20 kbar < p < 75 kbar
• Stishovit: 75 kbar < p < ? kbar

Siliziumdioxid bildet als Teil von Silikatenwie z. B. Feldspat, Tonmineralenoder in freier Form als Quarzden Hauptbestandteil der Erdkrusteund somit auch die häufigste Siliziumverbindung.

Chemische Eigenschaften

Wasser und Säuren vermögen SiO₂ praktisch nicht aufzulösen, ausgenommen Flusssäure(HF), von welcher es unter Bildung von gasförmigem Siliziumtetrafluorid(SiF₄) angegriffen wird. Alkalischmelzenund - in schwächerem Ausmaß - auch wässrige Alkalilaugen lösen besonderes amorphesSiliziumdioxid.

Technische Herstellung

Synthetisches SiO₂, welches meist amorphvorliegt, wird großtechnisch in unterschiedlichen Prozessen in großen Mengen erzeugt.

Die großtechnische Herstellung von synthetischem SiO₂ erfolgt hauptsächlich über Fällungsprozesseausgehend von Wasserglas, welches durch Aufschließen von Quarzsandmit starken Laugenwie zum Beispiel NaOH(Natronlauge) erhältlich ist. So erzeugtes SiO₂ nennt man je nach Prozessbedingungen Fällungskieselsäuren oder Kieselgele. Eine weitere wichtige Herstellungsvariante ist die Erzeugung von sogenanntem pyrogenen SiO₂ in einer Knallgasflammeausgehend von flüssigen Chlorsilanenwie Siliziumtetrachlorid(SiCl₄). Wichtige Hersteller von synthetischen Kieselsäuren sind Degussa/ [1][2], Wacker-Chemie, Rhodia, Grace und andere.

Technische Anwendung

Synthetisches SiO₂ spielt im Alltag meist unbemerkt eine große Rolle. In Farben und Lacken, Kunst- und Klebstoffen spielt es eine ebensogroße Rolle wie in modernen Fertigungsprozessen in der Halbleitertechnik oder als Pigment in Inkjetpapier-Beschichtungen. Als ungiftige Substanz ist es in pharmazeutischen Artikeln genauso vertreten wie in kosmetischen Produkten, wird in Lebensmittelprozessen (z.B. Bierklärung) und als Putzhilfe in Zahnpasta verwendet. Mengenmäßig zu den Hauptanwendungen zählen der Einsatz als Füllstofffür Kunststoffeund Dichtmassen, insbesondere in Gummiartikeln. Moderne Autoreifenprofitieren von der Verstärkung durch ein spezielles Si₂-System und sparen dabei gegenüber den traditionell nur mit Ruß gefüllten Gummimischungen ca. 5% Treibstoff bei gleichzeitigt verbesserten Sicherheitsleistungen.

Quarzglas wird in der Optikin Form von Linsen, Prismen, etc. verwendet. In der Mikro- oder Nanosystemtechnikhäufig auch als Maskenträger, als Gate-Oxidim MOSFETund als Isolierschichten in ICs(integrierten Schaltkreisen).

Im chemischen Laborwird Quarzglas als Geräteglas eingesetzt, sobald besonders hohe Temperatur-Wechsel-Beständigkeit, chemische Beständigkeit bzw. UV-Durchlässigkeit gefordert werden.

Werden noch weitere Verbindungen wie Calciumoxid, Natriumoxidund noch viele andere zugesetzt, lassen sich unterschiedlichste Glassortenherstellen.

Weblinks

• Forscher pressen Oxid des Halbleiters in bisher unbekannte Kristallformwww.wissenschaft.de: Unter dem enormen Druckvon 268 Gigapascalbildet Silizium Kristalle, die auf der Erdesonst nirgends vorkommen.
• Umfangreiche Infos zu amorphen SiO₂ (Opal)ca:Diòxid de silici

cs:Oxid k?emi?itý en:Silicon dioxide es:Dióxido de silicio et:Ränidioksiid fr:Silice it:Silice ja:?????? nl:Silica pl:Krzemionka pt:Dióxido de silício ru:??????? ??????? sv:Kiseldioxid zh:????

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