Piidioksidi
Piidioksidi eli silika (SiO2) on piin ja hapen yhdiste. Mineraalina se tunnetaan nimellä kvartsi.
| Piidioksidi | |
|---|---|
 | |
| Tunnisteet | |
| CAS-numero | |
| PubChem CID | |
| Ominaisuudet | |
| Molekyylikaava | SiO2 |
| Moolimassa | 60,08 |
| Ulkomuoto | Valkoinen jauhe |
| Sulamispiste | 1 600–1 725 °C |
| Kiehumispiste | 2 230 °C |
| Tiheys | 2,648 g/cm3 |
| Liukoisuus veteen | Ei liukene veteen |
Piidioksidi esiintyy luonnossa kolmessa kidemuodossa: heksagonaalinen kvartsi, kuutiollinen kristobaliitti ja heksagonaalinen tridymiitti. Lisäksi tunnetaan kolme muuta muotoa: keatiitti, koesiitti ja stishoviitti. Kvartsikide voi olla oikea- tai vasenkätinen, ja eri muodot kääntävät valon polarisaatiosuuntaa eri tavalla. Piidioksidi on varsin kovaa ainetta, ja sitä voi käyttää hionnassa. Mohsin kovuusasteikossa sen kovuus on 7.
Piidioksidia käytetään elintarviketeollisuudessa paakkuuntumisenestoaineena. Sen E-koodi on E551.[1]
Jos piidioksidikide kuumennetaan sulamispisteeseen (noin 1 600 °C) ja sulan annetaan jäähtyä, syntyy amorfista piidioksidia eli silikalasia (engl. fused quartz). Silikalasilla on hyvin pieni lämpölaajenemiskerroin ja siksi sitä käytetään kuumennusta kestävien lasiesineiden valmistukseen. Piidioksidi on silikaattien ohella tavallisen lasin pääasiallinen materiaali.
Silikageeli on vesilasista eli natriumsilikaatista valmistettua huokoista piidioksidin ja piihappojen seosta, jota käytetään kosteutta sitovana aineena. Sitä käytetään myös elintarvikelisäaineena vähentämään vaahtoamista. Mikropiireissä hapetettu pii on tehokas eriste.
Mikrosilika on erittäin hienojakoista amorfista piidioksidia, jota käytetään betonin täyte- ja lujiteaineena. Se koostuu noin 0,1 mikronin kokoisista hiukkasista, joiden hienous on 50-kertainen normaalin sementin ominaispinta-alaan verrattuna.[2]
Kidemuodot
Kemiallisesti yksinkertainen piidioksidi esiintyy useana polymorfina, joilla on sama kemiallinen koostumus, mutta erilainen kiderakenne ja erilaiset fysikaaliset ominaisuudet. Polymorfit on esitelty seuraavassa taulukossa.
| Nimi | Kidejärjestelmä | Tiheys (g/cm3) | Huomioita | Rakenne |
|---|---|---|---|---|
| α-kvartsi | romboedrinen | 2.648 | α-kvartsi muuntuu β-kvartsiksi 846 K (573 °C) lämpötilassa |  |
| β-kvartsi | heksagoninen | 2.533 | β-kvartsi muuttuu β-tridymiitiksi 1140 K (867 °C) lämpötilassa |  |
| α-tridymiitti | rombinen | 2.265 | metastabiili |  |
| β-tridymiitti | heksagoninen | β-tridymiitti muuttuu β-kristobaliitiksi 2010 K (1737 °C) lämpötilassa |  | |
| α-kristobaliitti | tetragoninen | 2.334 | metastabiili |  |
| β-kristobaliitti | kuutiollinen | sulaa 1978 K (1705 °C) lämpötilassa |  | |
| keatiitti | tetragoninen | 3.011 | Si5O10, Si4O8, Si8O16-renkaita; syntetisoidaan emäksen avulla 600–900 K (327–627 °C) lämpötilassa ja 40–400 MPa paineessa |  |
| moganiitti | monokliininen | Si4O8 ja Si6O12-renkaita |  | |
| koesiitti | monokliininen | 2.911 | Si4O8 ja Si8O16-renkaita; syntetisoidaan 900 K (627 °C) lämpötilassa ja 3–3.5 GPa paineessa |  |
| stishoviitti | tetragoninen | 4.287 |  | |
| seifertiitti | rombinen | 4.294 | syntetisoidaan yli 40 GPa paineessa[3] |  |
| melanoflogiitti | kuutiollinen | 2.04 | Si5O10, Si6O12-renkaita |  |
| kuituinen W-silika | rombinen | 1.97 | sulaa ~1700 K (~1427 °C) lämpötilassa |  |
| 2D silika | heksagoninen |  |