DIOXIDO DE SILICIO (SiO2) . Carvajal Cifuentes.C.J, Sánchez Zemanate C.E Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Ingeniería Ingeniería Química, Química, Ciencia Ciencia de los los Materiales-2 Materiales-2009. 009.
RESUMEN. En el presente trabajo trabajo se pretende dar a conocer información, información, tipos tipos de enlaces, estructura, estructura, propiedades, propiedades,
posibles posibles
aplicaciones, aplicaciones,
métodos
de
procesamiento; procesamiento;
más
posibles posibles
transformaciones durante el tratamiento térmico; y comportamiento del dióxido de silicio (SiO2), uno de los materiales utilizados en la producción de vidrio.
Palabras claves: dióxido de silicio, propiedades, estructura, vidrio.
1. Historia.
Desde épocas muy remotas y hasta nuestros
mineral para darle infinidad de usos los cuales
días días
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van desde desde hacer hacer monume monumentos ntos dedicad dedicados os a
ha sido sido uno de los
sus sus dios dioses es así así com como ser ser util utiliz izad ado o en el
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más
sili silici cio, o,
las
procesamiento de ciertas armas para defensa
civilizaciones, por ejemplo los mayas, aztecas,
personal, o ser utilizado para la fabricación de
egipcios egipcios fenicios hacían uso de este material,
diversos artículos de porcelana, vidrio, y ahora
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prehistoria, el hombre ha hecho uso de este
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la
cons constr truc ucci ción ón..
Much Muchos os
materiales cerámicos contienen estructuras de
silicatos con átomos de silicio y oxigeno
satisaface
(iones)
varias
direccionales del enlace covalente y
disposiciones. También un gran número de
la relación de radios del enlace
enlazados
entre
si
en
formaciones naturales de tipo mineral tales como arcillas,
feldespatos
y
micas son
silicatos, ya que el silicio y el oxígeno son los dos elementos más abundantes encontrados
los
requerimientos
iónico. La relación de radios del enlace Si-O es 0.29, que está en el rango de coordinación tetraédrica
en la corteza terrestre .muchos silicatos
para empaquetamiento compacto de
muestran su utilidad como materiales en
iones estables a causa del pequeño y
ingeniería, por su bajo precio ,disponibilidad y
altamente cargado ion Si +4, se crean
por
Las
fuerzas de enlace fuertes dentro de
estructuras de silicatos son particularmente
los tetraedros que se encuentran
importantes para materiales de construcción
normalmente
sus
propiedades
especiales.
en ingeniería: vidrios, cemento portland y ladrillos,
muchos
eléctricos
materiales
importantes
unidos
vértice
con
vértice y raramente arista con arista.
aislantes
también
están
fabricados con silicato. 2. Estructura.
El conjunto básico de construcción de los silicatos es el tetraedro (SiO 44-) (Figura 2.1). El enlace Si-O en la SiO44-
estructura
es
aproximadamente 50% covalente y 50%
iónico
de
acurdo
con
los
cálculos la ecuación de Pauling: %carácter iónico= (1-e-14XA-XB2)(100%) (Ec. 2.1)
Fig. 2.1 disposición de los enlaces Donde
XA
y
XB
son
las
electronegatividades de los átomos A
y
B
en
el
compuesto.
entre átomos (iones) de los tetraedros SiO44- .
La
coordinación tetraédrica del SiO44-
2.1 Redes.
Cuando
todos
los
vértices
del
tetraedro SiO44- comparten átomos de oxigeno se forma una red de SiO 2 llamada sílice. La sílice cristalina
Fig. 2. Estructura
de
Cristobalita,
variedad de sílice (SiO 2).
3. Formación.
existe en muchas formas polimorfas
El dióxido de silicio (SiO 2) se forma a
que corresponden a las diferentes
propósito durante ciertas etapas de
maneras
pueden
la fabricación de los Cl y deberá
disponerse los tetraedros de silicatos
eliminarse selectivamente durante
con todos los vértices compartidos.
etapas
en
las
cuales
Existen tres estructuras básicas de sílice: cuarzo, tridimita y cristobalita, y cada una de ellas tiene dos o tres modificaciones.
Las
formas
más
estables de sílice y los rangos de temperatura en los cuales existen a presión
atmosférica
son:
cuarzo
inferior por debajo de 573 oC, cuarzo superior entre 573 y 867oC, tridimita superior entre 867 y 1470o C y cristobalita superior entre 1470 y 1710oC.Por encima de 1710 °C la sílice es líquida.
posteriores.
describiremos
el
Por
ende
proceso
de
eliminación. A la parte superior del óxido se le aplica un compuesto fotosensible llamado photoresist , el cual se polimeriza por la acción de una radiación ultravioleta que pasa a través de las aberturas de una plantilla o mascara. Esta exposición selectiva hace que se polimericen las zonas expuestas y no se alteren las zonas cubiertas por la plantilla las cuales no iluminadas
han sido, .El
por
tanto,
photoresist
no
polimerizado se puede eliminar por lavado, quedando una película solida de
photoresist
en
las
zonas
expuestas. A continuación se utiliza ácido fluorhídrico diluido, el cual quita la capa de óxido en las zonas no protegidas, quedando en ellas al descubierto el silicio que
tenían
debajo. El
dióxido
de
silicio puede
ser
producido además sintéticamente;
mediante un proceso de hidrólisis en fase de vapor, en el cual podemos obtener sílice pirogenada, la cual mediante un proceso húmedo, nos da
como
producto
final
sílice
Módulo de tracción (Gpa): 65-75 Calor especifico a 25 °C (J K -1 Kg1
): 750
Coeficiente
de
Expansión
precipitada, gel de sílice, o sílice
Térmica a 20-1000°C (x10-6 K -1):
hidratada. Además y por otro lado
0.5-0.75
sílice
pirogenada
es
producida
esencialmente en estado anhidro, mientras
que
los
productos
del
Punto de Fusión (°C):1715 Temperatura
proceso húmedo se obtienen como
Utilización
hidratos o contienen agua absorbida
1200
máxima continua
de
(°C):900-
en superficie Resistencia química:
4. Propiedades y
Estructuras
cristalográficas del Dióxido de
Ácidos-concentrados: Buena
silicio. (SiO2).
Ácidos-Diluidos: Buena
Coeficiente de Fricción estática:
Álcalis: Aceptable
0.09-0.38.
Halógenos: Buena
Densidad: 2200 kg/m3 Dureza: 14.4-18
Metales: Aceptable Tabla
Conductividad Térmica: 1.1w/m K
4.1
Cristalográficas del (SiO2).
Módulo de Young: 46-90 Constante dieléctrica: 3.8 Absorción
de
Agua-Saturación
(%):0
Pes Nombre.
Simetría
Cuarzo α Cuarzo β Tridimita α
Hexagonal Hexagonal Monociclica u ortorrómbic a Hexagonal Tetragonal Isométrica
Índice Refractivo: 1.46 Porosidad Aparente (%):0
Estructuras
Tridimita β Cristobalita
o
Ind.
Esp.
R.
2.65 2.53 2.26
1.55 1.54 1.47
2.22 2.32
1.47 1.48
2.20
1.48
α
Dureza-vickers (kgf mm-2): 490
Cristobalita
obtienen datos puntuales en lo que
β
concierne a países llamados como desarrollados, Estados Unidos, donde
6. Panorama Mundial.
el organismo concerniente para esta Podríamos
afirmar
que
no
se
conocen estadísticas concernientes a la
producción
mundiales materiales
de
y/o cuarzo
silíceos
consumos y para
demás usos
industriales, de tal manera solo se
labor llamado el US Bureau of Mines, publicaba anualmente datos acerca de
su
industria
de
cuarzo
cristalizado(cuya producción se mide en algún centenar de t)y de arenas y gravas industriales
