Оксид кремния (IV) (кремнезем) — наиболее распространенное в земной коре соединение, составляющее в виде различных минералов 12% ее массы. Различают кристаллический и аморфный кремнезем.
1) Кристаллический кремнезем — в виде минерала кварца и его разновидностей (горный хрусталь, халцедон, агат, яшма, кремень); кварц составляет основу кварцевых песков, широко используемых в строительстве и в силикатной промышленности.
2) Аморфный кремнезем — в виде минерала опала состава SiO2•nН2О; землистыми формами аморфного кремнезема являются диатомит, трепел (инфузорная земля); примером искусственного аморфного безводного кремнезема может служить силикагель, который получают из метасиликата натрия:
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3
Силикагель имеет развитую поверхность, поэтому хорошо адсорбирует влагу.
Кварц — очень твердое, прочное, тугоплавкое вещество, температура плавления 1723°С. При быстром охлаждении расплавленной массы образуется кварцевое стекло. Из него изготавливают лабораторную посуду и приборы для научных исследований.
Простейшая формула оксида кремния (IV) — SiO2. Он кристаллизуется в атомной решетке. Структуру SiO2 в плоскостном изображении можно представить так:
Каждый атом кремния заключен в тетраэдр из 4 атомов кислорода. При этом атом кремния находится в центре, а по вершинам тетраэдра расположены атомы кислорода. Весь кусок кремнезема можно рассматривать как кристалл, формула которого (Si02)n. Такое строение оксида кремния (IV) обуславливает его высокую твердость и тугоплавкость.

Химические свойства

В воде SiO2 практически нерастворим. Как кислотный оксид, реагирует при сплавлении с твердыми щелочами, основными оксидами и карбонатами, образуя соли кремниевой кислоты:
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+Н2О
SiO2+CaO=CaSiO3
SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+СO2
Кислоты не действуют на SiO2. Лишь фтороводородная кислота постепенно растворяет его:
SiO2+4HF=SiF4+2Н2O
Эта реакция лежит в основе травления стекла. Накаливание смеси SiO2 с углеродом до 2000°С приводит к образованию карбида кремния SiC, называемого карборундом: SiO2+2С=SiC+2CO

Применение

Оксид кремния (IV) широко применяется в силикатной промышленности при производстве стекла, керамики, бетонных изделий, силикатного кирпича. Чистый кварц незаменим в приборостроении. Кристаллы кварца являются пьезоэлектриками — они могут почти без потерь преобразовывать электрическую энергию в механическую. Из мелких кристаллов кварца и из отходов производства пьезоэлектрических пластин получают кварцевое стекло. Оно прозрачно не только для видимого света, но и для ультрафиолетового, обладающего целебным действием.