Silic dioxit là gì? Tính chất, cách điều chế và ứng dụng

Silic dioxit là một cái tên mà bạn sẽ bắt gặp thường xuyên bởi chúng được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Bởi vậy mà khi nắm bắt được những tính chất, trạng thái cũng như cách điều chế, ứng dụng của chúng sẽ giúp bạn có thêm nhiều kiến thức quan trọng và ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Silic dioxit là gì?

Silic đioxit còn có nhiều tên gọi khác nhau như silica. Thực chất silic dioxit chính là một oxit axit khi tác dụng với oxit bazơ và kiềm sẽ tạo thành muối silicat ở nhiệt độ cao.

Công thức hóa học như sau:

• SiO2 (r) + 2NaOH(r) → Na2SiO3 (r) + H2O (k) (điều kiện nhiệt độ cao).

• SiO2 (r) + CaO (r) → CaSiO3 (r) (điều kiện nhiệt độ cao).

Silic dioxit hoàn toàn không có phản ứng với nước và có độ cứng cao. Các phân tử của silic dioxit đều sẽ không tồn tại đơn lẻ nên chắc chắn sẽ tạo ra những trạng thái tự nhiên rất thú vị. Việc hiểu được silic dioxit là gì cũng sẽ giúp bạn biết được thêm vì sao chúng lại được ứng dụng và trở thành thành phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống đến như vậy.

Trạng thái tự nhiên của silic dioxit

Thông thường nếu nói đến cái tên silic dioxit nhiều người thường không quá chú ý hay để ý đến. Tuy nhiên nếu tìm hiểu về trạng thái tự nhiên của chúng bạn sẽ thấy chúng khá quen thuộc trong đời sống hàng ngày bởi chúng xuất hiện và có mặt trong rất nhiều sản phẩm, vật dụng quen thuộc. Vậy trạng thái tự nhiên của silic đioxit như thế nào?

Ở trạng thái tự nhiên thì silic dioxit sẽ tồn tại ở hai dạng chính là vi tinh thể và tinh thể. Trong đó, ở trạng thái vi tinh thể bạn sẽ bắt gặp chúng ở dạng cát, tridimit, cancedoan, cristobalit, đá mã não. Tuy nhiên bạn sẽ bắt gặp thường xuyên nhất trạng thái của silic đioxit ở dạng cát. Điều thú vị chính là chúng cũng là một khoáng vật của lớp vỏ Trái đất.

Ở điều kiện áp suất thường thì silic dioxit tồn tại như thế nào? Theo đó, nếu ở điều kiện áp suất thường các tinh thể của silic dioxit sẽ tồn tại chính ở dạng tridimit, thạch anh và cristobalit. Ở mỗi dạng khác nhau lại có những thứ cấp khác nhau và có tính chất khác nhau. Sự linh hoạt trong trạng thái tự nhiên của silic dioxit chính là một điểm giúp chúng được ứng dụng nhiều hiện nay trong nhiều lĩnh vực.

Tính chất hóa học của silic dioxit

Vì sao mà silic dioxit lại được ứng dụng nhiều đến vậy. Tất cả là do chúng có những tính chất hóa học khá nổi bật. Theo đó, silic dioxit có những tính chất hóa học như:

Silic dioxit hoàn toàn không có bất kỳ phản ứng nào với nước.

Khi tác dụng với oxit bazơ và kiềm thì sẽ tạo thành muối silicat ở nhiệt độ cao:

• SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O

• SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2

Silic dioxit có phản ứng hóa học với axit flohidric:

• SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O

• SiO2 + 6HF(đặc) → H2SiF6 + 2H2O

Điều chế silic dioxit như thế nào?

Trên thực tế bạn sẽ thấy Silic dioxit rất phổ biến trong cuộc sống và chúng thường có sẵn. Tuy nhiên bạn cũng hoàn toàn có thể điều chế và tổng hợp chúng bằng nhiều phương pháp cơ bản khác nhau. Việc có thể tổng hợp silic dioxit sẽ giúp đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày một lớn.

• Điều chế Silic dioxit bằng cách cho silic tác dụng với oxi trong điều kiện nhiệt độ cao: Phương pháp này thường sẽ được sử dụng trong việc phủ một lớp Silic dioxit lên bề mặt của silic. Phản ứng hóa học có phương trình như sau:

Si(r) + O2(k) → SiO2 (r)

• Phương pháp điều chế Silic dioxit bằng phun khói: Đây thực chất là phương pháp thủy phân silic halogen với hidro và oxi ở nhiệt độ cao. Phản ứng hóa học có phương trình:

2H2 + O2 + SiCl4 → SiO2 + 4HCl

• Phương pháp sol-gel: Đây là phương pháp điều chế Silic đioxit bằng cách thủy phân một alkoxysilan với chất xúc tác là axit hoặc bazo. Phản ứng hóa học có phương trình:

Si(OR)4 + 2H2O → SiO2 + 4ROH

Ngoài những phương pháp này thì còn có thể điều chế Silic đioxit bằng cách hơi lỏng – rắn ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ phòng). Với các phương pháp này bạn đều có thể tổng hợp được dễ dàng Silic đioxit.

Xem thêm:

• Silic và hợp chất của Silic: Chi tiết tính chất và ứng dụng
• Cacbon oxit (CO) là gì? Tính chất và các ứng dụng phổ biến

Ứng dụng của silic đioxit và ngành công nghiệp silicat

Silic dioxit hiện nay xuất hiện trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống. Hay còn nói cách khác rằng ứng dụng của silic dioxit thực chất sẽ được gọi chung là ngành công nghiệp silicat.

Trong nền kinh tế hiện nay thì ngành công nghiệp Silic dioxit, hay silicat đóng vai trò vô cùng quan trọng. Theo đó, ngành công nghiệp silicat sẽ bao gồm nhiều ngành công nghiệp nhỏ như sản xuất xi măng, sản xuất thủy tinh, sản xuất đồ gốm…

Ứng dụng của Silic dioxit trong lĩnh vực xây dựng

Trên thực tế có tới 95% Silic đioxit được ứng dụng trong ngành xây dựng. Điều này có thể thấy được rằng Silic dioxit đã trở thành một chất vô cùng quan trọng trong ngành này và mang đến rất nhiều những giá trị tuyệt vời. Silic dioxit sẽ được sử dụng để sản xuất ra xi măng.

Cụ thể, một hỗn hợp bao gồm cát, nước, đất sét, đá vôi, trong đó, đá vôi và đất sét sẽ được nghiền nhỏ. Hỗn hợp này sẽ được trộn với nhau để tạo thành dạng bùn. Hỗn hợp tiếp tục sẽ được nung trong một lò nung xi măng ở nhiệt độ cao lên tới 1400 – 1500 độ C.

Kết quả của quá trình sẽ tạo ra clinker dạng rắn và tiếp tục để nguội. Clinker này sẽ tiếp tục được nghiền nhỏ cùng một số phụ gia khác để tạo thành xi măng. Xi măng hiện nay là một vật liệu quan trọng và không thể thiếu trong ngành xây dựng. Nhất là trong mọi công trình xây dựng thì xi măng được coi là một liên kết bền vững và chắc chắn.

Sản xuất đồ gốm bằng Silic dioxit

Ngoài việc là một thành phần chủ lực của ngành xây dựng thì Silic dioxit cũng còn được sử dụng để sản xuất đồ gốm. Thực hiện trộn đều thạch anh, đất sét và fenspat cùng với nước sẽ tạo thành một khối dẻo. Đặc biệt các thành phần sẽ được trộn với nhau theo một tỷ lệ nhất định.

Hỗn hợp này sẽ được tạo thành hình thù cụ thể nào đó và tiến hành cho nung trong lò ở nhiệt độ phù hợp. Kết quả thu được sẽ là những sản phẩm đồ gốm đẹp mắt, bền lâu. Đặc biệt hiện nay đồ gốm cũng được sử dụng và xuất hiện trong mọi không gian gia đình, văn phòng và mang đến nhiều giá trị tuyệt vời.

Sản xuất thủy tinh bằng Silic dioxit

Hiện nay trong ngành sản xuất thủy tinh thì Silic dioxit cũng là một thành phần quan trọng. Theo đó, Silic dioxit sẽ được trộn đều với soda, đá vôi theo một tỷ lệ nhất định nào đó. Hỗn hợp này sẽ tiếp tục được nung ở nhiệt độ 900oC trong lò quay. Khi đó thành phẩm sẽ là thủy tinh dạng nhão.

Thủy tinh dạng nhão sẽ được để nguội để tạo thành thủy tinh dẻo. Thủy tinh dẻo đó sẽ tiến hành được ép hoặc thổi để tạo thành những hình thù mong muốn. Và các thành phẩm từ thủy tinh sẽ có hình dạng như bây giờ. Phản ứng hóa học như sau:

• CaCO3 (t°) → CaO + CO2

• CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3

• Na2CO3 + SiO2 (t°) → Na2SiO3 + CO2

Ngoài những ứng dụng trên thì trên thực tế Silic đioxit còn có rất nhiều ứng dụng quan trọng khác như:

• Sử dụng Silic dioxit để lọc hay xử lý nước tinh khiết.

• Silic dioxit khi ở dạng cát sẽ được sử dụng để đúc cát hay sản xuất các vật dụng, chi tiết kim loại. Lý do là bởi chúng có điểm nóng chảy cao.

• Sử dụng Silic dioxit để sản xuất sodium silicat. Đây chính là một thành phần quan trọng để sản xuất chất nhuộm màu và xà phòng.

Bài tập về silic dioxit và công nghiệp silicat SGK Hóa học 9 kèm lời giải

SGK Hóa học 9 hiện nay có rất nhiều bài tập hay về silic dioxit. Cụ thể bạn có thể tham khảo một số bài tập cơ bản và lời giải như sau:

Bài tập 2 (SGK Hóa học 9 trang 95)

Hãy mô tả sơ lược các công đoạn chính trong quá trình sản xuất đồ gốm.

Bài giải:

Các công đoạn chính trong sản xuất đồ gốm bao gồm:

• Nhào thạch anh, đất sét, fenspat với nước theo một tỷ lệ thích hợp để tạo thành một hỗn hợp, hay còn gọi là một khối dẻo.

• Khối dẻo này sẽ tiếp tục được tạo hình thù nhất định và được nung trong lò ở nhiệt độ thích hợp. Sản phẩm sẽ là đồ gốm phổ biến hiện nay.

Bài tập 4 (SGK Hóa học 9 trang 95)

Đề bài: Sản xuất thủy tinh như thế nào? Viết các phương trình phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu thủy tinh.

Bài giải:

Quy trình sản xuất thủy tinh:

• Trộn hỗn hợp cát, đá vôi, sôđa theo tỉ lệ thích hợp.

• Nung hỗn hợp trong lò nung ở khoảng 900 độ C.

• Làm nguội từ từ được thủy tinh dẻo, ép thổi thủy tinh thành các đồ vật.

Phương trình hóa học:

• CaCO3 (t°) → CaO + CO2↑

• CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3

• Na2CO3 + SiO2 (t°) → Na2SiO3 + CO2

Bài tập 30.1 (SBT Hóa học 9 trang 38)

Những cặp chất nào dưới đây có thể tác dụng với nhau? Viết các phương trình hoá học (nếu có).

a) SiO2 và CO ; b) SiO2 và NaOH ;

c) SiO2 và CaO; d) SiO2 và H2SO4 ;

e) SiO2 và H20.

Bài giải:

Những cặp chất có thể tác dụng với nhau :

b) SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O

c) SiO2 + CaO → CaSiO3.

Bài 30.2 (SBT Hóa học 9 trang 38)

Một loại thuỷ tinh dùng để làm cửa kính, hoặc đồ dùng gia đình có thành phần: 75% SiO2; 12% CaO ; 13% Na20. Hãy tìm công thức hoá học của thuỷ tinh dưới dạng các oxit.

Bài giải:

Đặt công thức hóa học của loại thủy tinh này là:

xNa2O.yCaO.zSiO2; MNa2O = 62g; MCaO = 56g; MSiO2 = 60g

Với những điều kiện như sau: x, y, z là những số nguyên, dương;

Tỉ lệ x : y : z là những số nguyên đơn giản nhất. Theo đầu bài ta có tỷ lệ:

x:y:z = 13/62 : 12/56 : 75/60 = 0,21 : 0,21 : 1,25 = 1 : 1 : 6

Công thức hóa học của loại thủy tinh trên là Na2O.CaO.6SiO2.

Bài 30.3 (SBT Hóa học 9 trang 38)

Viết các phương trình hoá học thực hiện những chuyển đổi hoá học sau :

Na2CO3 + ……. → …….. + ……..

……….. + SiO2 → ……… + ………..

Bài giải:

1. Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2

2. CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2

Silic dioxit hiện nay đã xuất hiện trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống. Từ xi măng, đồ gốm, đồ thủy tinh hay đến xà phòng… đều có sự xuất hiện của silic dioxit. Ngoài ra bạn cũng có thể truy cập website Monkey mỗi ngày để học hỏi thêm cho mình những kiến thức về nhiều môn học thú vị khác.