1. Silica (Silic dioxide) là gì?

Silic dioxide (còn gọi là Silica) là một loại hợp chất hóa học được con người biết đến từ thời cổ đại. Nó chính là oxide của Silic sở hữu độ cứng cơ học vượt trội với công thức hóa học là SiO2. Đặc biệt, các phân tử SiO2 không tồn tại riêng ở dạng đơn lẻ mà chúng sẽ liên kết lại với nhau thành một phân tử tổng hợp rất lớn.

Silica (Silic dioxide) là gì?
Silica (Silic dioxide) là gì?

2. Phân loại cấu trúc của Silica (Silic dioxide)

Phân loại cấu trúc của Silica (Silic dioxide).
Phân loại cấu trúc của Silica (Silic dioxide).

Silica có hai dạng cấu trúc chính là:

2.1. Silica (Silic dioxide) dạng tinh thể

Có sẵn trong tự nhiên (như đá thạch anh, đá mã não, Triđimit, Cristobalit, Cancedoan) và chủ yếu tồn tại ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể. Trong điều kiện áp suất bình thường thì Silica tinh thể có 3 kiểu hình dạng chính là:

  • Thạch anh.
  • Cristobalit.
  • Triđimit.

Sở dĩ Silica tinh thể có đến ba kiểu hình dạng là do các nhóm tứ diện của các nguyên tố SiO4 ở bên trong tinh thể có cách sắp xếp hóa học khác biệt nhau. Chi tiết:

  • Ở cấu tạo thạch anh thì α (alpha – góc liên kết Si-O-Si) bằng 150 độ. Và những nhóm tứ diện SiO4 cũng được sắp xếp theo kiểu sao cho các nguyên tử Si đều nằm trên một đường xoắn ốc (dù chiều quay qua phải hay quay qua trái). Tương ứng với α-thạch anh và β-thạch anh.
  • Ở cấu tạo Cristobalit thì α (alpha – góc liên kết Si-O-Si) bằng 180 độ. Và từ thạch anh biến thành Cristobalit thì những nhóm tứ diện SiO4 cần chuyển góc Si-O-Si từ 150 độ sang 180 độ.
  • Ở cấu tạo Triđimit thì α (alpha – góc liên kết Si-O-Si) bằng 180 độ. Và từ thạch anh biến thành Triđimit thì ngoài việc chuyển góc Si-O-Si từ 150 độ sang 180 độ thì những nhóm tứ diện SiO4 còn phải xoay quanh trục đối xứng một góc bằng 180 độ nữa.

Ngoài ra, mỗi kiểu hình thù khác nhau của Silica tinh thể kể trên lại có thêm hai hoặc ba dạng thứ cấp khác, bao gồm:

  • Dạng thứ cấp α bền ở nhiệt độ thấp.
  • Dạng thứ cấp β nhiệt độ cao.

Một số loại Silica có cấu trúc dạng tinh thể (như Coesit và Stishovit) có thể được tạo ra trong điều kiện cường độ áp suất và nhiệt độ cao.

2.2. Silica (Silic dioxide) dạng vô định hình

Đa số là những loại silica tổng hợp nhân tạo và thường tồn tại ở dạng bột hoặc dạng keo, còn được gọi là Silica Colloidal.

Silica (Silic dioxide) dạng vô định hình có thể được con người chúng ta điều chế (tổng hợp) ở nhiều dạng khác nhau như: Silica gel, Silica khói (Fumed Silica), Aerogel, Xerogel, Silica keo (Silica Colloidal),…

Ngoài ra còn có Silica NanospringsTM được sản xuất bằng phương pháp hơi – lỏng – rắn ở mức nhiệt độ thấp, bằng với nhiệt độ phòng.

3. Đặc điểm nổi bật của Silica (Silic dioxide)

Silica (Silic dioxide) là một loại khoáng vật phổ biến bên trong vỏ Trái Đất. Nó thường được tìm thấy trong tự nhiên phổ biến nhất là ở dạng thạch anh, cát hoặc bên trong cấu tạo thành tế bào của tảo cát.

Silica cũng được xem là thành phần chủ yếu giúp tạo ra một số loại thủy tinh và là hợp chất chính để sản xuất bê tông.

Ở điều kiện áp suất rất cao, Silica (Silic dioxide) có công thức hóa học là SiO2 thích ứng với cấu trúc tứ diện được tìm thấy trong các loại khoáng vật Stishovite (một dạng đa hình của silica) được tìm thấy phần mặt dưới cùng của vỏ Trái Đất. 

4. Ứng dụng của Silica (Silic dioxide)

Silica (Silic dioxide) được dùng chủ yếu để sản xuất các loại chai lọ thủy tinh.
Silica (Silic dioxide) được dùng chủ yếu để sản xuất các loại chai lọ thủy tinh.

Silica (Silic dioxide) được dùng chủ yếu để sản xuất các loại chai thủy tinh hay tấm kính trong suốt (chuyên dùng cho các loại cửa sổ và cửa ra vào).

Phần lớn các loại sợi quang học viễn thông cũng được làm từ Silica.

Nó cũng là nguyên vật liệu thô dùng để sản xuất các loại đồ gốm, đất nung, gốm sa thạch, đồ sứ và xi măng Portland.

Ngoài ra, nhờ sở hữu nhiều đặc tính hữu ích trong y học (như tương thích sinh học, tính trơ, hệ số thanh thải,…) nên Silica được con người ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: Phân phối thuốc / gen, cảm biến sinh học, điều trị ung thư, sản xuất vaccine,…

5. Tính chất hóa học của Silica (Silic dioxide)

Silic dioxide / Dioxide Silic có thể phản ứng với Kiềm và Oxide base tạo ra muối Silicat ở điều kiện nhiệt độ cao.

Dioxide Silic không phản ứng với nước.

Dioxide Silic phản ứng với Acid Flohidric (HF) theo phương trình:

  • SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
  • SiO2 + 6HF(đặc) → H2SiF6 + 2H2

6. Những cách điều chế Silica (Silic dioxide)

Dù Silica là loại nguyên liệu phổ biến có sẵn trong tự nhiên nhưng con người chúng ta cũng đã tìm ra rất nhiều cách thức để điều chế và tổng hợp được nó. Chẳng hạn như:

  • Cho Silic phản ứng với Oxy ở nhiệt độ cao (Phương pháp này thường được áp dụng cho mục đích phủ đều lớp SiO2 lên bề mặt Silic):
    Si (r) + O2 (k) → SiO2 (r)
  • Phương pháp phun khói (Thủy phân Silic Halogel ở nhiệt độ cao với Oxy và Hydro):

2H2 + O2 + SiCl4 → SiO2 + 4HCl

  • Phương pháp kết tủa (Cho thủy tinh lỏng phản ứng với 1 acid (vô cơ):

2H2 + O2 + SiCl4 → SiO2 + 4HCl

  • Phương pháp Sol-Gel (Thủy phân một Alkoxysilan với xúc tác Base hoặc Acid):

Si(OR)4 + 2H2O → SiO2 + 4ROH

7. Silicát (Silicate) là gì?

Silica đôi khi được gọi là Silicát (Silicate) có công thức hóa học là SiO2 và được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng khoáng vật như thạch anh và các dạng đa hình của nó. 

Các hợp chất Silicát (Silicate) bao gồm các Anicon Silicat và được cân bằng điện tích bởi nhiều Cation khác nhau. Và vì có vô số các loại Ion Silicat tồn tại nên chúng tạo thành nhiều loại hợp chất với nhiều Cation tương ứng khác nhau.

Do đó, tương tự như Silica (Silic dioxide), các nhóm hợp chất Silicát (Silicate) kể cả trong các loại khoáng vật tự nhiên lẫn nhân tạo đều có kích thước rất lớn.

8. Phân loại cấu trúc của Silicát (Silicate)

Silicát (Silicate) là hợp chất có Anion Silic. Đa số thành phần cấu tạo bên trong Silicat là Oxide, còn lại là Hexafluorosilicate ([SiF6]2−) và các Anion khác. Những chất này tập trung chủ yếu vào Anion Si-O.

8.1. Anion Silicat 

Phần lớn cấu tạo bên trong của các loại hợp chất Silicát (Silicate) lẫn khoáng vật Silicát (Silicate) thì Si đều chiếm vị trí tâm tứ diện và được bao bọc xung quanh bởi bốn nguyên tố oxy.

Trong dạng cấu trúc phân tử này, các liên kết hóa học của Silicát (Silicate) và Silic đều tuân theo nguyên tắc bền vững.

Dạng kết cấu tứ diện này đôi khi cũng tồn tại ở dạng tâm riêng biệt như SiO44- nhưng chúng đều có liên kết với nhau theo nhiều cách, chẳng hạn như cặp Si2O76- và vòng Si6O1812-.

Thông thường, các Anion Silicat này đều tạo thành dạng như: Chuỗi, chuỗi kép, dãi và các loại khung ba chiều. Và tất cả chúng đều không bị hòa tan trong nước trong điều kiện yếm khí.

8.2. Silicát (Silicate) không chỉ có cấu trúc tứ diện?

Silicát (Silicate) không chỉ có cấu trúc tứ diện mà còn có cả cấu trúc bát diện.
Silicát (Silicate) không chỉ có cấu trúc tứ diện mà còn có cả cấu trúc bát diện.

Mặc dù vốn dĩ, cấu trúc tứ diện là dạng cấu trúc hình học phổ biến của các loại hợp chất Silicát (Silicate) lẫn Silic.

Tuy nhiên, Silicat không chỉ có mỗi cấu trúc tứ diện (dù đây là dạng cấu trúc hình học phổ biến của các loại hợp chất Silic bậc cao) mà còn sở hữu cả cấu trúc bát diện với 6 nguyên tử Oxy bao bọc xung quanh Si (công thức hóa học dạng Hexahydroxy Silicat ([Si(OH)6]2−) được quan sát trong khoáng vật hiếm là Thaumasite.

8.3. Silicát (Silicate) dạng thể rắn

Đa phần, các nguyên tử của Silicát (Silicate) thường ở dạng thể rắn và rất hiếm khi ở dạng hòa tan.

Anion SiO44- là gốc xuất phát từ Acid Silic và Si(OH)4 đều khó tách ra riêng biệt mà chỉ có thể tồn tại ở dạng chất trung gian.

8.4. Silicát (Silicate) dạng hòa tan

Ngoài ra, các loại dung dịch chứa Silicát (Silicate) thường được quan sát ở dạng hỗn hợp của các nhóm khoáng chất đã được cô đặc lại và có một phần cấu trúc ở dạng Proton.

Silicát (Silicate) chỉ ở dạng hòa tan trong tự nhiên khi mà xảy ra các quá trình khoáng hóa sinh học và phản ứng từ các Aluminosilicat (Một chất xúc tác công nghiệp quan trọng) thường được gọi là Zeolit.

9. Đặc điểm nổi bật của Silicát (Silicate)

Silicat là thành phần chủ yếu cấu tạo nên lớp vỏ của các hành tinh trong hệ mặt trời, kể cả Trái Đất và Mặt Trăng.

Khoáng vật chứa Silicát (Silicate) là lớp khoáng vật có kích thước lớn và quan trọng nhất trong số các loại khoáng vật tạo ra đá. Chúng chiếm đến khoảng 90% cấu tạo của lớp vỏ Trái Đất.

Đặc trưng của lớp khoáng vật Silicát (Silicate) này đều có cấu trúc với gốc Silicát (Silicate), và chúng đều chứa Silic lẫn Oxy.

10. Ứng dụng của Silicát (Silicate)

Công nghiệp Silicát (Silicate) là ngành công nghiệp chế biến để điều chế loại thủy tinh.
Công nghiệp Silicát (Silicate) là ngành công nghiệp chế biến để điều chế loại thủy tinh.

Công nghiệp Silicát (Silicate) là ngành công nghiệp chế biến các hợp chất của Silic có sẵn trong thiên nhiên cùng các loại hóa chất khác để điều chế và sản xuất ra các loại thủy tinh, đồ gốm và xi măng. Đặc biệt là Thủy Tinh!

Silicát (Silicate) cũng là thành phần chính để sản xuất hóa chất Sodium Silicate (Thủy tinh lỏng).
Silicát (Silicate) cũng là thành phần chính để sản xuất hóa chất Sodium Silicate (Thủy tinh lỏng).

Silicát (Silicate) cũng là thành phần chính để sản xuất hóa chất Sodium Silicate (Thủy tinh lỏng) được ứng dụng phổ biến và rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo các loại thủy tinh. Nhờ tính chất cấu tạo đặc biệt nên Silicát (Silicate) đã góp phần tạo nên vẻ lung linh và tính bền bỉ cho những món đồ dùng làm bằng thủy tinh.

Ngoài thủy tinh thì hóa chất của Silicát (Silicate) là Sodium Silicate (Thủy tinh lỏng) còn được dùng để sản xuất các loại hóa chất tẩy rửa, silicagel, keo dán, chất độn, cực điện dương kim loại nhẹ, xử lý nước thải trong sản xuất – sinh hoạt,…

Silicát (Silicate) cũng giúp tạo ra hóa chất Natri Silicate có vai trò vô cùng quan trọng trong việc chế tạo xi măng chịu axit, sơn silicat, vật liệu cách nhiệt, cách âm, cách điện, hợp chất bọc que hàn điện,…

Cát, xi măng Portland, gốm sứ, giấy, thuốc dệt vải, thuốc nhuộm và hàng ngàn loại khoáng vật trong tự nhiên khác gắn liền với đời sống hàng ngày của con người chúng ta đều được cấu tạo từ Silicát (Silicate).

Hy vọng những thông tin về Silica và Silicát được cung cấp trong nội dung bài viết bên trên của Trung Thủy Tinh sẽ hữu ích cho các bạn trong việc tìm hiểu về những loại nguyên liệu cấu tạo nên Thủy tinh!

Nếu có nhu cầu tìm mua các loại chai thủy tinh với chất lượng cùng mức giá rẻ nhất tại TPHCM thì các bạn hãy liên hệ ngay với Trung Thủy tinh để được phục vụ tận tình nhé! Cảm ơn vì đã theo dõi bài viết của chúng tôi!

5/5 - (1 bình chọn)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Mr Trung: 0906821272