Dióxido de silicio

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El dióxido de silicio, también conocido como sílice, es un óxido de silicio con la fórmula química SiO 2, que se encuentra más comúnmente en la naturaleza como cuarzo y en varios organismos vivos. En muchas partes del mundo, la sílice es el componente principal de la arena. La sílice es una de las familias de materiales más complejas y abundantes, existiendo como compuesto de varios minerales y como producto sintético. Los ejemplos notables incluyen cuarzo fundido, sílice pirogénica, gel de sílice y aerogeles. Se utiliza en materiales estructurales, microelectrónica (como aislante eléctrico) y como componentes en las industrias alimentaria y farmacéutica.

Estructura

En la mayoría de los silicatos, el átomo de silicio muestra una coordinación tetraédrica, con cuatro átomos de oxígeno rodeando un átomo central de Si (ver Celda unitaria 3-D). Por lo tanto, el SiO 2 forma sólidos en red tridimensionales en los que cada átomo de silicio está unido covalentemente de forma tetraédrica a 4 átomos de oxígeno. En contraste, el CO 2 es una molécula lineal. Las estructuras marcadamente diferentes de los dióxidos de carbono y silicio son una manifestación de la regla del doble enlace.

El SiO 2 tiene varias formas cristalinas distintas, pero casi siempre tienen la misma estructura local alrededor del Si y el O. En el cuarzo α, la longitud del enlace Si-O es de 161 pm, mientras que en la tridimita α está en el rango de 154–171 pm. El ángulo Si-O-Si también varía entre un valor bajo de 140° en α-tridimita, hasta 180° en β-tridimita. En el cuarzo α, el ángulo Si-O-Si es de 144°.Polimorfismo

El cuarzo alfa es la forma estable de SiO 2 sólido a temperatura ambiente. Los minerales de alta temperatura, cristobalita y tridimita, tienen densidades e índices de refracción más bajos que el cuarzo. La transformación de α-cuarzo a beta-cuarzo tiene lugar abruptamente a 573 °C. Dado que la transformación va acompañada de un cambio significativo en el volumen, puede inducir fácilmente la fractura de cerámicas o rocas que pasan por este límite de temperatura. Sin embargo, los minerales de alta presión, seifertita, stishovita y coesita, tienen densidades e índices de refracción más altos que el cuarzo. Stishovite tiene una estructura similar al rutilo donde el silicio tiene 6 coordenadas. La densidad de la stishovita es de 4,287 g/cm, que se compara con el cuarzo α, la más densa de las formas de baja presión, que tiene una densidad de 2,648 g/cm. La diferencia de densidad se puede atribuir al aumento de la coordinación, ya que las seis longitudes de enlace Si-O más cortas en la stishovita (cuatro longitudes de enlace Si-O de 176 pm y otras dos de 181 pm) son mayores que la longitud del enlace Si-O ( 161 pm) en α-cuarzo. El cambio en la coordinación aumenta la ionicidad del enlace Si-O. Más importante aún, cualquier desviación de estos parámetros estándar constituye diferencias o variaciones microestructurales, que representan un acercamiento a un sólido amorfo, vítreo o vítreo.

La sílice de faujasita, otro polimorfo, se obtiene mediante la desaluminación de una zeolita Y ultraestable y baja en sodio con un tratamiento combinado de ácido y térmico. El producto resultante contiene más del 99 % de sílice y tiene una alta cristalinidad y área de superficie específica (más de 800 m /g). La faujasita-sílice tiene una estabilidad térmica y ácida muy alta. Por ejemplo, mantiene un alto grado de cristalinidad o orden molecular de largo alcance incluso después de hervir en ácido clorhídrico concentrado.SiO2 fundido

La sílice fundida exhibe varias características físicas peculiares que son similares a las observadas en el agua líquida: expansión de temperatura negativa, densidad máxima a temperaturas de ~5000 °C y una capacidad calorífica mínima. Su densidad disminuye de 2,08 g/cm a 1950 °C a 2,03 g/cm a 2200 °C.SiO 2 molecular

El SiO 2 molecular tiene una estructura lineal como el CO 2. Ha sido producido combinando monóxido de silicio (SiO) con oxígeno en una matriz de argón. El dióxido de silicio dimérico, (SiO 2 ) 2 se ha obtenido haciendo reaccionar O 2 con monóxido de silicio dimérico aislado de matriz, (Si 2 O 2 ). En el dióxido de silicio dimérico hay dos átomos de oxígeno que forman un puente entre los átomos de silicio con un ángulo Si-O-Si de 94° y una longitud de enlace de 164,6 pm y la longitud del enlace terminal Si-O es de 150,2 pm. La longitud del enlace Si-O es de 148,3 pm, que se compara con la longitud de 161 pm en el cuarzo α. La energía de enlace se estima en 621,7 kJ/mol.

Ocurrencia natural

Geología

El SiO 2 se encuentra más comúnmente en la naturaleza como cuarzo, que comprende más del 10 % en masa de la corteza terrestre. El cuarzo es el único polimorfo de sílice estable en la superficie de la Tierra. Se han encontrado ocurrencias metaestables de las formas de alta presión coesita y stishovita alrededor de las estructuras de impacto y asociadas con eclogitas formadas durante el metamorfismo de ultra alta presión. Las formas de alta temperatura de tridimita y cristobalita se conocen a partir de rocas volcánicas ricas en sílice. En muchas partes del mundo, la sílice es el componente principal de la arena.

Biología

Aunque es poco soluble, la sílice se encuentra en muchas plantas, como el arroz. Los materiales vegetales con alto contenido de fitolitos de sílice parecen ser importantes para los animales de pastoreo, desde insectos masticadores hasta ungulados. La sílice acelera el desgaste de los dientes, y los altos niveles de sílice en las plantas que los herbívoros comen con frecuencia pueden haberse desarrollado como un mecanismo de defensa contra la depredación.

La sílice también es el componente principal de la ceniza de cáscara de arroz, que se utiliza, por ejemplo, en la filtración y como material cementante complementario (SCM) en la fabricación de cemento y hormigón.

Durante más de mil millones de años, la silicificación en y por las células ha sido común en el mundo biológico. En el mundo moderno, ocurre en bacterias, organismos unicelulares, plantas y animales (invertebrados y vertebrados). Los ejemplos destacados incluyen:

  • Pruebas o frústulas (es decir, conchas) de diatomeas, radiolarias y amebas testadas.
  • Fitolitos de sílice en las células de muchas plantas, incluidas las Equisetaceae, prácticamente todas las gramíneas y una amplia gama de dicotiledóneas.
  • Las espículas que forman el esqueleto de muchas esponjas.

Los minerales cristalinos formados en el entorno fisiológico a menudo muestran propiedades físicas excepcionales (p. ej., resistencia, dureza, tenacidad a la fractura) y tienden a formar estructuras jerárquicas que exhiben un orden microestructural en un rango de escalas. Los minerales se cristalizan en un ambiente subsaturado respecto al silicio y en condiciones de pH neutro y baja temperatura (0–40 °C).

No está claro de qué manera la sílice es importante en la nutrición de los animales. Este campo de investigación es un desafío porque la sílice es omnipresente y, en la mayoría de las circunstancias, se disuelve solo en cantidades mínimas. De todos modos, ciertamente ocurre en el cuerpo vivo, lo que crea el desafío de crear controles sin sílice para fines de investigación. Esto hace que sea difícil estar seguro de cuándo la sílice presente ha tenido efectos beneficiosos operativos y cuándo su presencia es coincidente o incluso dañina. El consenso actual es que ciertamente parece importante en el crecimiento, la fuerza y ​​el manejo de muchos tejidos conectivos. Esto es cierto no solo para los tejidos conectivos duros, como los huesos y los dientes, sino también para la bioquímica de las estructuras subcelulares que contienen enzimas.

Usos

Uso estructural

Alrededor del 95% del uso comercial de dióxido de silicio (arena) se produce en la industria de la construcción, por ejemplo, para la producción de hormigón (hormigón de cemento Portland).

Ciertos depósitos de arena de sílice, con tamaño y forma de partícula deseables y contenido deseable de arcilla y otros minerales, fueron importantes para la fundición en arena de productos metálicos. El alto punto de fusión de la sílice permite su uso en aplicaciones como la fundición de hierro; La fundición moderna en arena a veces usa otros minerales por otras razones.

La sílice cristalina se utiliza en la fracturación hidráulica de formaciones que contienen petróleo de arenas compactas y gas de esquisto.

Precursor del vidrio y el silicio

La sílice es el ingrediente principal en la producción de la mayoría de los vidrios. Como otros minerales se funden con sílice, el principio de depresión del punto de congelación reduce el punto de fusión de la mezcla y aumenta la fluidez. La temperatura de transición vítrea del SiO 2 puro es de aproximadamente 1475 K. Cuando el dióxido de silicio fundido SiO 2 se enfría rápidamente, no cristaliza, sino que se solidifica como un vidrio. Debido a esto, la mayoría de los esmaltes cerámicos tienen sílice como ingrediente principal.

La geometría estructural del silicio y el oxígeno en el vidrio es similar a la del cuarzo y la mayoría de las otras formas cristalinas de silicio y oxígeno con el silicio rodeado por tetraedros regulares de centros de oxígeno. La diferencia entre las formas vítrea y cristalina surge de la conectividad de las unidades tetraédricas: aunque no hay una periodicidad de largo alcance en la red vítrea, el orden permanece en escalas de longitud mucho más allá de la longitud del enlace SiO. Un ejemplo de este orden es la preferencia por formar anillos de 6 tetraedros.

La mayoría de las fibras ópticas para telecomunicaciones también están hechas de sílice. Es una materia prima primaria para muchas cerámicas como loza, gres y porcelana.

El dióxido de silicio se utiliza para producir silicio elemental. El proceso consiste en una reducción carbotérmica en un horno de arco eléctrico:{displaystyle {ce {SiO2 + 2 C -> Si + 2 CO}}} Si + 2 CO}}}">

Sílice pirogénica

La sílice pirógena, también conocida como sílice pirogénica, se prepara quemando SiCl 4 en una llama de hidrógeno rica en oxígeno para producir un "humo" de SiO 2.{displaystyle {ce {SiCl4 + 2 H2 + O2 -> SiO2 + 4 HCl}}} SiO2 + 4 HCl}}}">

También se puede producir vaporizando arena de cuarzo en un arco eléctrico a 3000 °C. Ambos procesos dan como resultado gotitas microscópicas de sílice amorfa fusionadas en partículas secundarias tridimensionales ramificadas en forma de cadena que luego se aglomeran en partículas terciarias, un polvo blanco con una densidad aparente extremadamente baja (0,03-0,15 g/cm ) y, por lo tanto, una gran área superficial. Las partículas actúan como un agente espesante tixotrópico o como un agente antiaglomerante, y se pueden tratar para hacerlas hidrofílicas o hidrofóbicas para aplicaciones con agua o líquidos orgánicos.

El humo de sílice es un polvo ultrafino que se recolecta como subproducto de la producción de aleaciones de silicio y ferrosilicio. Consiste en partículas esféricas amorfas (no cristalinas) con un diámetro de partícula promedio de 150 nm, sin la ramificación del producto pirogénico. El principal uso es como material puzolánico para hormigones de alto rendimiento. Las nanopartículas de sílice pirogénica se pueden utilizar con éxito como agente antienvejecimiento en aglomerantes asfálticos.

Aplicaciones alimentarias, cosméticas y farmacéuticas

La sílice, ya sea coloidal, precipitada o pirogénica, es un aditivo común en la producción de alimentos. Se utiliza principalmente como agente de flujo o antiaglomerante en alimentos en polvo, como especias y crema de café no láctea, o polvos para formar tabletas farmacéuticas. Puede adsorber agua en aplicaciones higroscópicas. La sílice coloidal se utiliza como agente clarificante para vino, cerveza y jugo, con el número E de referencia E551.

En cosmética, la sílice es útil por sus propiedades de difusión de la luz y su absorción natural.

La tierra de diatomeas, un producto extraído, se ha utilizado en alimentos y cosméticos durante siglos. Consiste en las conchas de sílice de diatomeas microscópicas; en una forma menos procesada se vendía como "polvo de dientes". La sílice hidratada fabricada o extraída se utiliza como abrasivo duro en la pasta de dientes.

Semiconductores

El dióxido de silicio es ampliamente utilizado en la tecnología de semiconductores.

  • para la pasivación primaria (directamente sobre la superficie del semiconductor),
  • como un dieléctrico de puerta original en tecnología MOS. Hoy en día, cuando el escalado (dimensión de la longitud de puerta del transistor MOS) ha progresado por debajo de 10 nm, el dióxido de silicio ha sido reemplazado por otros materiales dieléctricos como el óxido de hafnio o similar con una constante dieléctrica más alta en comparación con el dióxido de silicio.
  • como una capa dieléctrica entre capas de metal (cableado) (a veces hasta 8-10) elementos de conexión y
  • como una segunda capa de pasivación (para proteger los elementos semiconductores y las capas de metalización) normalmente en capas con otros dieléctricos como el nitruro de silicio.

Debido a que el dióxido de silicio es un óxido nativo de silicio, se usa más ampliamente en comparación con otros semiconductores como el arseniuro de galio o el fosfuro de indio.

El dióxido de silicio podría crecer en una superficie semiconductora de silicio. Las capas de óxido de silicio podrían proteger las superficies de silicio durante los procesos de difusión y podrían usarse para enmascarar la difusión.

La pasivación de la superficie es el proceso mediante el cual la superficie de un semiconductor se vuelve inerte y no cambia las propiedades del semiconductor como resultado de la interacción con el aire u otros materiales en contacto con la superficie o el borde del cristal. La formación de una capa de dióxido de silicio de crecimiento térmico reduce en gran medida la concentración de estados electrónicos en la superficie del silicio. Las películas de SiO 2 conservan las características eléctricas de las uniones p-n y evitan que estas características eléctricas se deterioren por el entorno ambiental gaseoso. Las capas de óxido de silicio podrían usarse para estabilizar eléctricamente las superficies de silicio.El proceso de pasivación de la superficie es un método importante de fabricación de dispositivos semiconductores que consiste en recubrir una oblea de silicio con una capa aislante de óxido de silicio para que la electricidad pueda penetrar de manera confiable en el silicio conductor que se encuentra debajo. Hacer crecer una capa de dióxido de silicio encima de una oblea de silicio le permite superar los estados de la superficie que, de lo contrario, impiden que la electricidad llegue a la capa semiconductora.

El proceso de pasivación de la superficie de silicio por oxidación térmica (dióxido de silicio) es fundamental para la industria de los semiconductores. Se usa comúnmente para fabricar transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal (MOSFET) y chips de circuitos integrados de silicio (con el proceso planar).

Otro

La sílice hidrófoba se utiliza como componente antiespumante.

En su calidad de refractario, es útil en forma de fibra como tejido de protección térmica de alta temperatura.

La sílice se utiliza en la extracción de ADN y ARN debido a su capacidad para unirse a los ácidos nucleicos en presencia de caotropos.

El aerogel de sílice se utilizó en la nave espacial Stardust para recolectar partículas extraterrestres.

La sílice pura (dióxido de silicio), cuando se enfría como cuarzo fundido en un vidrio sin punto de fusión real, se puede usar como fibra de vidrio para fibra de vidrio.

Producción

El dióxido de silicio se obtiene principalmente de la minería, incluida la extracción de arena y la purificación de cuarzo. El cuarzo es adecuado para muchos propósitos, mientras que se requiere procesamiento químico para hacer un producto más puro o más adecuado (por ejemplo, más reactivo o de grano fino).

Sílice precipitado

La sílice precipitada o sílice amorfa se produce por la acidificación de soluciones de silicato de sodio. El precipitado gelatinoso o gel de sílice se lava primero y luego se deshidrata para producir sílice microporosa incolora. La ecuación idealizada que involucra un trisilicato y ácido sulfúrico es:{displaystyle {ce {Na2Si3O7 + H2SO4 -> 3 SiO2 + Na2SO4 + H2O}}} 3 SiO2 + Na2SO4 + H2O}}}">

De esta manera se produjeron aproximadamente mil millones de kilogramos/año (1999) de sílice, principalmente para su uso en compuestos de polímeros: neumáticos y suelas de zapatos.

En microchips

Películas delgadas de sílice crecen espontáneamente en obleas de silicio a través de la oxidación térmica, produciendo una capa muy poco profunda de aproximadamente 1 nm o 10 Å del llamado óxido nativo. Se usan temperaturas más altas y ambientes alternativos para hacer crecer capas bien controladas de dióxido de silicio sobre silicio, por ejemplo a temperaturas entre 600 y 1200 °C, usando la llamada oxidación seca con O 2{displaystyle {ce {Si + O2 -> SiO2}}} SiO2}}}">

o oxidación húmeda con H 2 O.{displaystyle {ce {Si + 2 H2O -> SiO2 + 2 H2}}} SiO2 + 2 H2}}}">

La capa de óxido nativo es beneficiosa en microelectrónica, donde actúa como aislante eléctrico con alta estabilidad química. Puede proteger el silicio, almacenar carga, bloquear la corriente e incluso actuar como una vía controlada para limitar el flujo de corriente.

Laboratorio o métodos especiales

De compuestos de organosilicio

Muchas rutas hacia el dióxido de silicio comienzan con un compuesto de organosilicio, por ejemplo, HMDSO, TEOS. La síntesis de sílice se ilustra a continuación usando ortosilicato de tetraetilo (TEOS). Simplemente calentando TEOS a 680–730 °C se obtiene el óxido:{displaystyle {ce {Si(OC2H5)4 -> SiO2 + 2 O(C2H5)2}}} SiO2 + 2 O(C2H5)2}}}">

De manera similar, TEOS se quema alrededor de 400 °C:{displaystyle {ce {Si(OC2H5)4 + 12 O2 -> SiO2 + 10 H2O + 8 CO2}}} SiO2 + 10 H2O + 8 CO2}}}">

TEOS se hidroliza a través del llamado proceso sol-gel. El curso de la reacción y la naturaleza del producto se ven afectados por los catalizadores, pero la ecuación idealizada es:{displaystyle {ce {Si(OC2H5)4 + 2 H2O -> SiO2 + 4 HOCH2CH3}}} SiO2 + 4 HOCH2CH3}}}">

Otros metodos

Siendo altamente estable, el dióxido de silicio surge de muchos métodos. Conceptualmente simple, pero de poco valor práctico, la combustión de silano da dióxido de silicio. Esta reacción es análoga a la combustión del metano:{displaystyle {ce {SiH4 + 2 O2 -> SiO2 + 2 H2O}}} SiO2 + 2 H2O}}}">

Sin embargo, la deposición química de vapor de dióxido de silicio sobre la superficie del cristal a partir de silano se había utilizado utilizando nitrógeno como gas portador a 200–500 °C.

Reacciones químicas

La sílice se convierte en silicio por reducción con carbono.

El flúor reacciona con el dióxido de silicio para formar SiF 4 y O 2 mientras que los otros gases halógenos (Cl 2, Br 2, I 2 ) son esencialmente no reactivos.

La mayoría de las formas de dióxido de silicio (excepto la stishovita, que no reacciona en un grado significativo ) son atacadas por ácido fluorhídrico (HF) para producir ácido hexafluorosilícico:{displaystyle {ce {SiO2 + 6 HF -> H2SiF6 + 2 H2O}}} H2SiF6 + 2 H2O}}}">

El HF se utiliza para eliminar o moldear el dióxido de silicio en la industria de los semiconductores.

En condiciones normales, el silicio no reacciona con la mayoría de los ácidos, sino que se disuelve con ácido fluorhídrico.{displaystyle {ce {Si(s) + 6HF(aq) -> [SiF6]^{2-}(aq) + 2H+(aq) + 2H2(g)}}} [SiF6]^{2-}(aq) + 2H+(aq) + 2H2(g)}}}">

El silicio es atacado por bases como el hidróxido de sodio acuoso para dar silicatos.{displaystyle {ce {Si(s) + 4NaOH(aq) -> [SiO4]^{4-}(aq) + 4Na+(aq) + 2H2(g)}}} [SiO4]^{4-}(aq) + 4Na+(aq) + 2H2(g)}}}">

El dióxido de silicio actúa como un ácido Lux-Flood, pudiendo reaccionar con bases bajo ciertas condiciones. Como no contiene hidrógeno, la sílice no hidratada no puede actuar directamente como un ácido de Brønsted-Lowry. Mientras que el dióxido de silicio es poco soluble en agua a pH bajo o neutro (típicamente, 2 × 10 M para el cuarzo hasta 10 M para la calcedonia criptocristalina), las bases fuertes reaccionan con el vidrio y lo disuelven fácilmente. Por lo tanto, las bases fuertes deben almacenarse en botellas de plástico para evitar atascar la tapa de la botella, preservar la integridad del recipiente y evitar la contaminación indeseable por aniones de silicato.

El dióxido de silicio se disuelve en álcali concentrado caliente o hidróxido fundido, como se describe en esta ecuación idealizada:{displaystyle {ce {SiO2 + 2 NaOH -> Na2SiO3 + H2O}}} Na2SiO3 + H2O}}}">

El dióxido de silicio neutraliza los óxidos metálicos básicos (p. ej., óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de plomo (II), óxido de zinc o mezclas de óxidos, formando silicatos y vidrios a medida que los enlaces Si-O-Si en la sílice se rompen sucesivamente). Como ejemplo, la reacción de óxido de sodio y SiO 2 puede producir ortosilicato de sodio, silicato de sodio y vidrios, dependiendo de las proporciones de los reactivos:{displaystyle {ce {2 Na2O + SiO2 -> Na4SiO4;}}} Na4SiO4;}}}">{displaystyle {ce {Na2O + SiO2 -> Na2SiO3;}}} Na2SiO3;}}}">{ estilo de visualización (0,25-0,8)}{ estilo de visualización (0,25-0,8)} {displaystyle {ce {Na2O + SiO2 -> vidrio}}} vidrio}}}">.

Los ejemplos de tales vidrios tienen importancia comercial, por ejemplo, vidrio de cal sodada, vidrio de borosilicato, vidrio de plomo. En estos vidrios, la sílice se denomina formador de red o formador de celosía. La reacción también se usa en altos hornos para eliminar las impurezas de arena en el mineral mediante la neutralización con óxido de calcio, formando escoria de silicato de calcio.

El dióxido de silicio reacciona en reflujo caliente bajo dinitrógeno con etilenglicol y una base de metal alcalino para producir silicatos pentacoordinados altamente reactivos que brindan acceso a una amplia variedad de nuevos compuestos de silicio. Los silicatos son esencialmente insolubles en todos los disolventes polares excepto en metanol.

El dióxido de silicio reacciona con el silicio elemental a altas temperaturas para producir SiO:{displaystyle {ce {SiO2 + Si -> 2 SiO}}} 2 SiO}}}">

Solubilidad del agua

La solubilidad del dióxido de silicio en agua depende en gran medida de su forma cristalina y es tres o cuatro veces mayor para el sílice que para el cuarzo; en función de la temperatura, alcanza un máximo de alrededor de 340 °C. Esta propiedad se usa para hacer crecer monocristales de cuarzo en un proceso hidrotermal donde el cuarzo natural se disuelve en agua sobrecalentada en un recipiente a presión que está más frío en la parte superior. Los cristales de 0,5 a 1 kg se pueden cultivar durante 1 a 2 meses. Estos cristales son una fuente de cuarzo muy puro para uso en aplicaciones electrónicas.

Efectos en la salud

La sílice ingerida por vía oral es esencialmente no tóxica, con una LD50 de 5000 mg/kg (5 g/kg). Un estudio de 2008 que siguió a sujetos durante 15 años encontró que niveles más altos de sílice en el agua parecían disminuir el riesgo de demencia. Un aumento de 10 mg/día de sílice en el agua potable se asoció con una disminución del riesgo de demencia del 11 %.

La inhalación de polvo de sílice cristalina finamente dividida puede provocar silicosis, bronquitis o cáncer de pulmón, ya que el polvo se aloja en los pulmones e irrita continuamente el tejido, lo que reduce la capacidad pulmonar. Cuando las partículas finas de sílice se inhalan en cantidades suficientemente grandes (por ejemplo, a través de la exposición ocupacional), aumenta el riesgo de enfermedades autoinmunes sistémicas como el lupus y la artritis reumatoide en comparación con las tasas esperadas en la población general.

Riesgo laboral

La sílice es un riesgo laboral para las personas que realizan tareas de limpieza con chorro de arena o trabajan con productos que contienen sílice cristalina en polvo. La sílice amorfa, como la sílice pirogénica, puede causar daño pulmonar irreversible en algunos casos, pero no está asociada con el desarrollo de silicosis. Los niños, los asmáticos de cualquier edad, los alérgicos y los ancianos (todos ellos con capacidad pulmonar reducida) pueden verse afectados en menos tiempo.

La sílice cristalina es un riesgo laboral para quienes trabajan con encimeras de piedra, porque el proceso de corte e instalación de las encimeras crea grandes cantidades de sílice en el aire. La sílice cristalina utilizada en la fracturación hidráulica presenta un peligro para la salud de los trabajadores.

Fisiopatología

En el cuerpo, las partículas de sílice cristalina no se disuelven durante períodos clínicamente relevantes. Los cristales de sílice dentro de los pulmones pueden activar el inflamasoma NLRP3 dentro de los macrófagos y las células dendríticas y, por lo tanto, dar como resultado la producción de interleucina, una citocina altamente proinflamatoria en el sistema inmunológico.

Regulación

Los reglamentos que restringen la exposición a la sílice 'con respecto al riesgo de silicosis' especifican que se refieren únicamente a la sílice, que es tanto cristalina como formadora de polvo.

En 2013, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU. redujo el límite de exposición a 50 µg/m3 de aire. Antes de 2013, había permitido 100 µg/m y en trabajadores de la construcción incluso 250 µg/m. En 2013, OSHA también exigió la "terminación ecológica" de los pozos fracturados para reducir la exposición a la sílice cristalina además de restringir el límite de exposición.

Formas cristalinas

SiO 2, más que casi cualquier material, existe en muchas formas cristalinas. Estas formas se denominan polimorfos.

FormaSimetría cristalina
Símbolo de Pearson, grupo No.
ρ
g/cm
notasEstructura
α-cuarzoromboédrico (trigonal)
hP9, P3 1 21 No.152
2.648Cadenas helicoidales que hacen que los monocristales individuales sean ópticamente activos; El cuarzo α se convierte en cuarzo β a 846 KA-cuarzo.png
β-cuarzohexagonal
hP18, P6 2 22, No. 180
2.533Estrechamente relacionado con el cuarzo α (con un ángulo Si-O-Si de 155°) y ópticamente activo; β-cuarzo se convierte en β-tridimita a 1140 KB-cuarzo.png
α-tridimitaortorrómbico
oS24, C222 1, No.20
2.265Forma metaestable bajo presión normalA-tridimita.png
β-tridimitahexagonal
hP12, P6 3 /mmc, No. 194
Estrechamente relacionado con la α-tridimita; β-tridimita se convierte en β-cristobalita a 2010 KB-tridimita.png
α-cristobalitatetragonal
tP12, P4 1 2 1 2, No. 92
2.334Forma metaestable bajo presión normalA-cristobalita.png
β-cristobalitacúbico
cF104, Fd 3 m, No.227
Estrechamente relacionado con la α-cristobalita; se funde a 1978 KB-cristobalita.png
keatitatetragonal
tP36, P4 1 2 1 2, No. 92
3.011Si 5 O 10, Si 4 O 8, Si 8 O 16 anillos; sintetizado a partir de sílice vítrea y álcali a 600–900 K y 40–400 MPaKeatita.png
moganitamonoclínico
mS46, C2/c, No.15
Anillos Si 4 O 8 y Si 6 O 12Moganita.png
coesitamonoclínica
mS48, C2/c, No.15
2.911anillos de Si 4 O 8 y Si 8 O 16 ; 900 K y 3–3,5 GPaCoesite.png
stishovitatetragonal
tP6, P4 2 /mnm, No.136
4.287Uno de los polimorfos de sílice más densos (junto con la seifertita); similar al rutilo con Si coordinado en 6 pliegues; 7,5–8,5 GPaStishovite.png
seifertitaortorrómbico
op, Pbcn
4.294Uno de los polimorfos de sílice más densos (junto con la stishovita); se produce a presiones superiores a 40 GPa.SeifertiteEstructura.png
melanoflogitacúbico (cP*, P4 2 32, No.208) o tetragonal (P4 2 /nbc)2.04Si 5 O 10, Si 6 O 12 anillos; mineral que siempre se encuentra con los hidrocarburos en los espacios intersticiales - un clathrasil (clatrato de sílice)MelanophlogiteStucture.png

W-sílice fibrosa
ortorrómbico
oI12, Ibam, No.72
1.97Como SiS 2 que consiste en cadenas de bordes compartidos, se funde a ~1700 KSiS2typeSilica.png
sílice 2DhexagonalEstructura bicapa en forma de hojaEstructura de sílice 2D.png

La seguridad

La inhalación de sílice cristalina finamente dividida puede provocar una inflamación grave del tejido pulmonar, silicosis, bronquitis, cáncer de pulmón y enfermedades autoinmunes sistémicas, como el lupus y la artritis reumatoide. La inhalación de dióxido de silicio amorfo, en dosis altas, conduce a una inflamación no permanente a corto plazo, donde todos los efectos se curan.

Otros nombres

Esta lista ampliada enumera sinónimos de dióxido de silicio; todos estos valores son de una sola fuente; los valores en la fuente se presentaron en mayúscula.

  • CAS 112945-52-5
  • Acitcel
  • aerosil
  • Polvo de sílice amorfa
  • Aquafil
  • CAB-O-GRIP II
  • CAB-O-SIL
  • CAB-O-SPERSE
  • Catálogo
  • Sílice coloidal
  • dióxido de silicio coloidal
  • Dicalita
  • DRI-DIE Insecticida 67
  • FLO-GARD
  • harina fósil
  • sílice pirogénica
  • Dióxido de silicio pirogénico
  • HI-SEL
  • LO-VEL
  • Ludox
  • Nalcoag
  • Nyacol
  • Santocel
  • Sílice
  • aerogel de sílice
  • Sílice amorfa
  • anhídrido silícico
  • Silikill
  • Sílice amorfa sintética
  • Vulkasil

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