Oxid křemičitý – výroba, použití, poškození

Oxid křemičitý (IV) (SiO2), také známý jako oxid křemičitý, je chemická sloučenina, jejíž latinský název je oxid křemičitý. Tato látka se vyznačuje absencí barvy v krystalické formě, extrémně nízkou rozpustností ve vodném prostředí a také výraznou tvrdostí a pevností.

Oxid křemičitý je hlavním konstrukčním prvkem většiny zemských hornin, včetně křemeliny. Oxid křemičitý a silikáty tvoří 87 % hmoty litosféry. Obsah této sloučeniny v krvi a plazmě lidského těla dosahuje 0,001 % hmotnosti [1].

Charakteristika SiO2

• Patří do kategorie oxidů s kyselými vlastnostmi.
• Při zvýšení teploty reaguje se zásaditými oxidy a alkalickými látkami.
• Má molární hmotnost 60,084 g/mol.
• Vykazuje chemickou aktivitu při interakci s kyselinou fluorovodíkovou.
• Patří do skupiny oxidů schopných tvorby skla, to znamená, že má tendenci vytvářet podchlazenou roztavenou hmotu – sklo.
• Jedná se o dielektrikum (nevede elektrický proud za nepřítomnosti nečistot a za normální teploty) [2].

Polymorfní modifikace

Oxid křemičitý (IV) existuje v několika polymorfních formách.

Na zemském povrchu je nejběžnějším typem křemene α-křemen, trigonální krystalová struktura. Za standardních podmínek je SiO2 převážně v modifikaci α-křemen. Při zahřátí nad +573 °C dochází k reverzibilní přeměně na β-křemen. Další zvýšení teploty vede ke vzniku tridymitu a cristobalitu – polymorfních forem, které jsou stabilní při vysokých teplotách a nízkých tlacích.

Přírodní odrůdy oxidu křemičitého zahrnují opál, chalcedon, křemen, lutecit a autentický křemen. Opál (SiO2*n*H2O) v mikroskopickém řezu je průhledný, izotropní a vyznačuje se negativním reliéfem. Vzniká v mořských pánvích a je součástí mnoha křemičitých hornin. Chalcedon, křemen a lutecit jsou kryptokrystalické variace křemene se vzorcem SiO2. Tvoří vláknité agregáty, růžice, sférolity různých odstínů – od bezbarvých až po namodralé a nažloutlé. Liší se optickými vlastnostmi: chalcedon a křemenec mají přímé zániky, lutecit má zánik šikmý; Chalcedon se vyznačuje negativní elongací.

V podmínkách vysokých teplot a tlaků se oxid křemičitý přeměňuje nejprve na coezit (syntetizovaný v roce 1953 Loringem Coesem) a poté na stishovit (získaný S. M. Stishovem v roce 1961, objevený v Barringerově kráteru v roce 1962) [3]. Některé studie naznačují, že stishovit tvoří významnou část pláště, a ponechávají tak otevřenou otázku, jaká je nejběžnější forma SiO2 na Zemi.

Známá je i amorfní modifikace: křemenné sklo.

Chemická aktivita

Oxid křemičitý SiO2 je kyselý oxid a nereaguje s vodou.

Tato sloučenina je odolná vůči kyselinám, ale reaguje s plynným fluorovodíkem [4]:

Si2 + 4HF → SiF4 + 2H2O

a také s kyselinou fluorovodíkovou:

Si2 + 6HF -> H2[SiF6] + 2H2

Tyto reakce jsou široce používány v procesu leptání skla.

Při tavení s alkáliemi, zásaditými oxidy a uhličitany aktivních kovů tvoří SiO2 křemičitany – soli slabých, ve vodě nerozpustných kyselin křemičitých obecného vzorce xH2O ySiO2, které nemají stálé složení.

SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + 2H2O (orthosilikát sodný)

SiO2 + CaO → CaSiO3 (metakřemičitan vápenatý)

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 → Na2CaSi6O14 + 2CO2 (smíšený silikát)

Silikát Na2CaSi6O14 (Na2O CaO 6SiO2) se používá při výrobě okenních skel.

Většina silikátů má proměnlivé složení. Pouze křemičitany sodné a draselné, které tvoří „tekuté sklo“, jsou rozpustné ve vodě. Jejich roztoky mají díky hydrolýze vysoce alkalické prostředí a tvoří koloidní systémy. Při okyselení vypadne želatinová sraženina hydratovaných kyselin křemičitých.

Hlavním strukturním prvkem SiO2 a silikátů je skupina [SiO4/2], kde je atom křemíku obklopen čtyřstěnem se čtyřmi atomy kyslíku. Silikáty jsou klasifikovány podle typu vazby fragmentů [SiO4/2]: ostrůvkové, řetězové, stuhové, vrstvené, rámové a další.

Za zvláštních podmínek reaguje SiO2 s vodou. Oxidační vlastnosti vykazuje pouze se silnými redukčními činidly: uhlí, hliník, hořčík, vápník.

Metody syntézy

Umělý oxid křemičitý se získává tepelnou oxidací křemíku při teplotách +400…+500 °C v kyslíkovém prostředí. Za těchto podmínek se křemík oxiduje na SiO2. Používá se také metoda tepelné oxidace za vyšších teplotních podmínek.

V laboratorních podmínkách se oxid křemičitý syntetizuje působením kyselin, včetně slabé kyseliny octové, na rozpustné silikáty. Příklad reakce [4]:

Na2SiO3 + 2CH3COOH → 2CH3COONa + H2SiO3 ↓

Vzniklá kyselina křemičitá se okamžitě rozloží na vodu a SiO2, který se vysráží.

Přírodní oxid křemičitý ve formě písku se používá v oblastech, které nevyžadují vysoký stupeň čistoty materiálu.

Aplikace oxidu křemičitého

Oxid křemičitý je široce používán v různých průmyslových odvětvích a technologiích díky svým jedinečným fyzikálním a chemickým vlastnostem.

V potravinářském průmyslu se amorfní neporézní SiO2 používá pod označením E551 jako protispékavá látka. Zabraňuje tvorbě hrudek ve sypkých produktech, zajišťuje jejich tekutost a stabilitu při skladování.

Farmaceutický průmysl aktivně používá oxid křemičitý jako pomocnou látku. Je součástí složení různých lékových forem [1]:

• Pro stabilizaci suspenzí a linimentů.
• Jako zahušťovadlo masťových základů.
• Jako výplň do tablet a čípků.
• Jako součást výplňových materiálů.

SiO2 se také používá ke snížení hygroskopičnosti suchých extraktů a zpomalení uvolňování účinných látek z lékových forem.

Ve stavebnictví je oxid křemičitý klíčovou složkou při výrobě:

• Sklo různých typů.
• Keramické výrobky.
• Betonové konstrukce.
• Křemičité žáruvzdorné materiály.

Elektronický průmysl široce využívá vlastností křemenných krystalů. Jejich piezoelektrické vlastnosti nacházejí uplatnění v:

• Radiotechnická zařízení.
• Ultrazvukové instalace.
• Zapalovače.
• Výroba orgonitů.

Optický průmysl používá k výrobě optických kabelů čistý tavený oxid křemičitý se speciálními přísadami.

V chemickém průmyslu se SiO2 používá jako:

• Nosič katalyzátoru.
• Sorbent a filtrační prášek pro čištění ropných produktů.
• Komponenta pro syntézu umělých zeolitů používaných v procesech krakování ropy.

Mikroelektronika používá oxid křemičitý jako:

• Izolační vrstva (například hradlové dielektrikum v tranzistorech s efektem pole).
• Ochranný povlak mikroobvodů.

Ve špercích jsou velké průhledné krystaly křemene ceněny jako polodrahokamy:

• Bezbarvý – křišťál.
• Fialová – ametysty.
• Žlutá – citrín.

Oxid křemičitý tak zůstává díky své multifunkčnosti jedním z nejžádanějších materiálů v moderním průmyslu a technologii.

Druhy porézního oxidu křemičitého

Porézní formy oxidu křemičitého se vyrábějí různými metodami, z nichž každá dává materiálu jedinečné vlastnosti a vlastnosti.

Silochrom

Tento materiál se vyrábí agregací aerosilu, produktu spalování silanu (SiH4). Charakteristické rysy silochromu [5]:

• Vysoký stupeň čistoty.
• Nízká mechanická pevnost.
• Specifický povrch v rozmezí 60–120 m²/g.

• Sorbent v chromatografii.
• Plnivo do kaučukových směsí.
• Komponenta v katalytických procesech.

Silikonový gel

Tento porézní oxid křemičitý se získává sušením gelu kyseliny křemičité. Charakteristika silikagelu [2]:

• Méně čisté než silochrom.
• Extrémně vyvinutý povrch: typicky od 300 m²/g do 700 m²/g.

Silikagelový aerogel

Unikátní materiál sestávající z přibližně 99,8 % vzduchu. Charakteristické vlastnosti [6]:

• Extrémně nízká hustota – až 1,9 kg/m³.
• Hustota je pouze 1,5krát větší než hustota vzduchu.

Oxid křemičitý z biomasy

Moderní ekologický způsob získávání SiO2 využívá jako suroviny [7]:

• Rýžové slupky.
• Zemědělský odpad.

Tato metoda umožňuje recyklaci rostlinného odpadu a jeho přeměnu na cenné suroviny pro průmysl.

Každý typ porézního oxidu křemičitého má své vlastní jedinečné vlastnosti, které určují jeho specifické oblasti použití v různých průmyslových odvětvích a technologiích.

Toxikologické aspekty oxidu křemičitého: podrobný přehled

Nanočástice oxidu křemičitého

Jedinečné vlastnosti nanočástic SiO2 vyvolávají obavy ohledně jejich potenciální toxicity. Tyto částice jsou schopny pronikat biologickými bariérami, včetně hematoencefalické bariéry a buněčných membrán. Mají tendenci se hromadit v různých orgánech a tkáních, což ztěžuje jejich odstranění z těla. Vysoká chemická a katalytická aktivita nanočástic, vzhledem k jejich velkému specifickému povrchu, může vést k nežádoucím biochemickým reakcím v těle [8].

Regulace a kontrola

Podle TR CU 021/2011 jsou výrobky obsahující nanočástice klasifikovány jako „produkty nového typu“ a podléhají povinné státní registraci. Do roku 2018 bylo v Rusku a v celní unii registrováno asi 60 druhů takových výrobků. Existuje však značná regulační mezera: velikost částic SiO2 není kontrolována ani ruskými, ani mezinárodními předpisy, což může vést k podcenění rozsahu použití nanočástic v potravinářském průmyslu.

Aplikace v potravinářském průmyslu

E551 (oxid křemičitý) je široce používán jako protispékavá látka a nosič. TR CU 029/2012 stanoví přípustné úrovně jeho obsahu v různých výrobcích: od 10 do 50 g/kg v závislosti na typu výrobku. E551 je schválen pro použití i v dětské výživě. Zvláště pozoruhodný je vysoce disperzní pyrogenní SiO2 („Aerosil“) se specifickým povrchem 300–380 m²/g a velikostí částic 20–60 nm.

Toxikologické studie

Experimenty na laboratorních zvířatech ukázaly, že nanočástice SiO2 jsou biologicky dostupné při vstupu do gastrointestinálního traktu. Při dávce 100 mg/kg tělesné hmotnosti byly pozorovány negativní účinky na imunitní systém, včetně leukopenie, změn v poměru T-helper buněk k cytotoxickým lymfocytům a nerovnováhy cytokinů. Hlavním cílem působení je sliznice tenkého střeva, kde je pozorován masivní lymfomakrofág a eozinofilní infiltrace.

Na základě těchto studií byla navržena přijatelná denní dávka nanočástic SiO2 s potravou – ne více než 1 mg/kg tělesné hmotnosti s přihlédnutím ke dvěma 10násobným bezpečnostním faktorům při přenosu dat ze zvířat na člověka.

Krystalický oxid křemičitý

Krystalická forma SiO2 při vstupu do tkání těla způsobuje vznik a vývoj granulomů. Vdechování prachu dráždí dýchací cesty a může způsobit gastrointestinální onemocnění. Dlouhodobá expozice krystalickému prachu SiO2 může vést k plicní silikóze.

Dříve byl oxid křemičitý považován za látku s nízkou toxicitou s MAC v pracovní oblasti 3 mg/m³ a LD50 u potkanů ​​3 500 mg/kg. Moderní výzkum nanočástic však vyžaduje revizi těchto odhadů.

Amorfní forma SiO2 byla tradičně považována za neškodnou, ale pro potvrzení této skutečnosti pro částice o nano velikosti je zapotřebí další výzkum.

Poznámky

1. ↑ 1,01,1 Sacharov V.V. Oxid křemičitý // Chemická encyklopedie: v 5 svazcích / Ch. vyd. I. L. Knunyants. — M.: Sovětská encyklopedie, 1990. — T. 2: Daffa — Medi. — S. 517-518. — 671 s. — 100 000 výtisků.
2. ↑ 2,02,1 I. E. Neimark // Silikagel, jeho výroba, vlastnosti a použití. 1973 — Kyjev — 200 s.
3. ↑Příručka chemika 21 – Stishovite. Zpřístupněno 23. září 2019. Archivováno z originálu 23. září 2019.(nespecifikováno) .
4. ↑ 4,04,1 A. I. Vrublevsky // Základy chemie.
5. ↑Adsorpční vlastnosti povrchu Silochrom(nespecifikováno) .
6. ↑Vliv výrobních podmínek na strukturální .(nespecifikováno) .
7. ↑WO2020005091A1 — Metoda výroby oxidu křemičitého(nespecifikováno) .
8. ↑Gmoshinsky I.V., Shipelin V.A., Khotimchenko S.A. Nanomateriály v potravinářských produktech a jejich obalech: srovnávací analýza rizik a přínosů // Analýza zdravotních rizik. — 2018. — Vydání. 4. — S. 134–142.(nespecifikováno) .

Farmakologická skupina látky: Koloidní oxid křemičitý

Nozologická klasifikace

• A04.9 Bakteriální střevní infekce, blíže neurčená
• A05 Jiná bakteriální otrava jídlem
• F10.3 Stav odnětí
• K52.2 Alergická a nutriční gastroenteritida a kolitida
• L02 Kožní absces, vřed a karbunka
• L03 Flegmóna
• N61 Zánětlivá onemocnění mléčné žlázy
• Infekce post-traumatické rány T79.3, jinde nezařazená
• X40-X49 Náhodná otrava a vystavení toxickým látkám
• Y57 Ostatní a blíže neurčené drogy a léčiva

Farmakologický účinek

Farmakologický účinek – adsorbent, regenerující.

Charakterizace

Látka získaná z vysoce disperzního oxidu křemičitého. Modravě bílý prášek, bez zápachu a chuti. Po protřepání s vodou vytvoří suspenzi.

Farmakologie

Má vysokou sorpční kapacitu pro enzymy, antigeny, protilátky, endogenní a exogenní toxiny, produkty rozpadu tkání a další látky bílkovinné povahy, mikroorganismy, potravinové alergeny, léky, jedy a vodu. Při lokální aplikaci zabraňuje progresi nekrotických změn, podporuje odhojení neživotaschopné tkáně a hojení.

Aplikace látky koloidní oxid křemičitý

Akutní střevní infekce, alimentární toxické infekce, alergické reakce, endogenní a exogenní intoxikace, akutní otravy silnými a toxickými látkami; alkoholový abstinenční syndrom; purulentně-zánětlivá onemocnění měkkých tkání (hnisavé rány, flegmona, absces, mastitida).

Kontraindikace

K perorálnímu podání: žaludeční vřed a duodenální vřed (v akutní fázi); pro místní použití: čisté granulující a aseptické rány.

Nežádoucí účinky látky koloidní oxid křemičitý

Při perorálním podání – dyspepsie; při lokální aplikaci – tvorba krusty, která zabraňuje provzdušnění povrchu rány (při aplikaci v nadměrném množství).

Interakce

Při perorálním podání snižuje účinnost současně užívaných perorálních léků (je třeba užít 1 hodinu před užitím léku).

Dávkování a podávání

uvnitř, 1 hodinu před jídlem. Akutní střevní infekce a toxické infekce – 2-3 g 3x denně. Syndrom těžkého průjmu – první den jednorázová dávka 4-6 g, průměrná denní dávka je 12 g. Průběh léčby je 3-5 dní. Akutní orální otravy léky, vč. silné, etanolové a toxické látky, v závislosti na závažnosti stavu se stanoví jednotlivá dávka v dávce 0,1–0,15 mg/kg (průměrně 7–10 g) ve 2–3 dávkách. U těžkých forem otrav – sondou do žaludku po jeho promytí každých 4-6 hodin po celou dobu toxikogenní fáze otravy. Maximální denní dávka je 24 g Alkoholový abstinenční syndrom: 2–4 g 3–4krát denně po dobu 3–4 dnů. Potravinové a lékové alergie – 2-3 g 2-3x denně 1 hodinu před jídlem nebo 1,5-2 hodiny po jídle a lécích. Průběh léčby je 10-15 dní.

Lokálně, po předběžném ošetření rány se přípravek aplikuje ve vrstvě 4–6 mm; Povrch rány se překryje suchým aseptickým obvazem. Obvazy se mění v intervalech 1–2 dnů.

Průtokové nebo frakční promývání se provádí 1–3% vodnou suspenzí 1–6krát denně, dokud nejsou promývací vody shodné barvy a konzistence s použitou suspenzí, a jsou dokončeny naplněním dutiny vodnou suspenzí přípravku. .

Krylov Jurij Fedorovič (farmakolog, doktor lékařských věd, profesor, akademik Mezinárodní akademie informatizace)
Zkušenosti: více než 34 let

Obchodní názvy s účinnou látkou Koloidní oxid křemičitý

Obchodní název	Cena za balení, rub.
PROSTOSORB	z 429.00 429.00 na
Polysorb MP	z 269.00 659.00 na

Reklama: RLS-Patent LLC, TIN 5044031277, erid=4CQwVszH9pWuokPrdWg

Reklama: RLS-Patent LLC, TIN 5044031277

Reklama: RLS-Patent LLC, TIN 5044031277, erid=4CQwVszH9pWuokPrxzh

Reklama: IP Vyshkovsky Evgeny Gennadievich, INN 770406387105, erid=F7NfYUJCUneP5W78VwNF

Inzerát: IP Vyshkovsky Evgeny Gennadievich, INN 770406387105, erid=F7NfYUJCUneP5W79xufv

Informace pouze pro zdravotníky.
Jste zdravotnický pracovník?

Materiály stránek jsou určeny výhradně lékařským a farmaceutickým pracovníkům, mají referenční a informační charakter a neměly by být používány pacienty k nezávislému rozhodování o užívání léků.

Oficiální stránky referenčního systému RLS ® jsou encyklopedií léků a farmaceutických produktů. Adresář léků Rlsnet.ru poskytuje uživatelům přístup k návodům, cenám a popisům léků, doplňků stravy, zdravotnických produktů, zdravotnických prostředků a dalšího zboží. Farmakologická referenční kniha obsahuje informace o složení a formě uvolňování, farmakologickém působení, indikacích k použití, kontraindikacích, vedlejších účincích, lékových interakcích, způsobu použití léků, farmaceutických společnostech. Lékařská referenční kniha obsahuje ceny léků a farmaceutických tržních produktů v Moskvě a dalších městech Ruska.

Je zakázáno přenášet, kopírovat, distribuovat informace bez povolení správce stránek, stejně jako komerční využití materiálů. Při citování informačních materiálů zveřejněných na stránkách webu www.rlsnet.ru je vyžadován odkaz na zdroj informací.

Online publikace „Register of Medicines of Russia RLS“ (název domény webu: rlsnet.ru) je registrována Federální službou pro dohled nad komunikacemi, informačními technologiemi a hromadnými komunikacemi (Roskomnadzor), registrační číslo a datum rozhodnutí o registraci: série El č. FS77- 85156 25. dubna 2023