צורן דו-חמצני

תרכובת

צורן דו-חמצניתרכובת כימית הידועה גם כסיליקה או סיליקון דיאוקסיד, היא תחמוצת של צורן (סיליקון), בכתיב הכימי SiO2. "צוֹרָנִי" (באנגלית Siliceous) הוא שם תואר שפירושו "מתייחס לסיליקה".

צורן דו-חמצני
כתיב כימי SiO₂ עריכת הנתון בוויקינתונים
מסה מולרית 60 גרם/מול
מראה מוצק (כשהוא טהור) לבן או חסר צבע
מספר CAS ‏14808-60-7
צפיפות 2.2 גר לסמ"ק גרם/סמ"ק
מסיסות בלתי מסיס
טמפרטורת היתוך 1,710 °C
1983.15 K
טמפרטורת רתיחה 2,230 °C
2503.15 K
מקדם שבירה 1.544
אנתלפיית התהוות סטנדרטית 911- קילוג'ול למול
אנטרופיה מולרית תקנית 42 ג'ול למול למעלה
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית
דיונות חול מהפארק הלאומי הדיונות הגדולות בארצות הברית. צורן דו-חמצני היא המרכיב העיקרי בחול

תכונות

עריכה

בטבע

עריכה

סיליקה מצויה בטבע בכמה צורות, כולל קוורץ ואופאל. למעשה קיימות 17 צורות גביש שונות לסיליקה (ראו המינוח של סיליקה באתר Mineralogical Society of America). הסיליקה הוא הרכיב הנפוץ ביותר של חול באתרים שבתוך היבשה ובחופים (למעט האזורים הטרופיים), בעיקר בתצורת קוורץ, משום שבשל הקשיות הניכרת של המינרל הוא עמיד בפני בליה. עם זאת, הרכב החול שונה ממקום למקום בהתאם למקור הסלעי של החול ולתנאים שיצרו אותו.

במקומות בהם הופעלו בעבר לחץ וחום (למשל, בעומק העולה על 70 ק"מ מפני כדור הארץ, פגיעת מטאוריט או פיצוץ אטומי) מופיע הסיליקה בתצורות הקרויות קואסיט וסטישהוביט.

צורות חיים רבות מכילות מבני סיליקה (סיליקה ביוגנית) כולל:

שימושים

עריכה

סיליקה מיוצרת בכמה צורות לרבות:

  • זכוכית (תצורה טהורה חסרת צבע קרויה סיליקה מותכת)
  • סיליקה אמורפית סינתטית.
  • סיליקה ג'ל – סיליקה בצורת כדוריות שקופות המשמשת כחומר סופג לחות באריזות של בגדים או מוצרי עור. משמש גם ככדוריות ספיגת לחות בקופסאות נעליים.

סיליקה משמשת בייצור של מוצרים שונים:

  • זכוכית סודה (באנגלית soda-lime glass) - הזכוכית הנפוצה והזולה ביותר. משמשת בכוסות, בקבוקים ושמשות.
  • סיליקה יחד עם אלומינה (Al2O3) יוצרים את החלק העיקרי בסריג של הגבישים של מינרלי חרסית. בחום הם מתפרקים ויוצרים את המבנה המיקרוסקופי של קרמיקה המבוססת על חרסית כדוגמת פורצלן.
  • סיליקה הוא המרכיב העיקרי בצמנט פורטלנד.
  • מגן החום של מעבורת החלל בנוי מאריחי סיליקה. אריחים אלו הם אריחי קרמיקה הסופגים לתוכם חום של עד 1,500 מעלות ועם זאת המשטח החיצוני שלהם נשאר קר עד כדי כך שאפשר להחזיק אותם ביד חשופה בלי להיפגע. גם לבנים בתנורי התכת פלדה עשויות מסיליקה.
  • סיליקה הוא החומר עליו מבוססים משפחת החומרים הקרויים אירוג'ל (חומר חזק וקל שרובו, בין 90% ל-98%, אוויר).
  • סיליקה בשימוש כתוסף מזון בעיקר כחומר מונע התגבשות באבקות מזון, או על מנת לספוח מים.
  • לציפוי התחמוצת הנוצר באופן טבעי כקרום על גבי צורן יש תועלת עצומה במיקרואלקטרוניקה. זהו מבודד מעולה, בעל יציבות כימית גבוהה, והוא מסוגל להגן על הצורן, לאחסן מטענים, לחסום זרמים, ואפילו לפעול כנתיב מבוקר על מנת לאפשר לזרמים חלשים לזרום דרך המתקן, למשל בטרנזיסטורים מסוג MOSFET. עם זאת, קצב יצירת התחמוצת באופן טבעי בטמפרטורת החדר הוא איטי מאוד ולכן השיטה המסורתית לייצר שכבות תחמוצת אלו על גבי הצורן היא חימום של צורן בכבשנים של טמפרטורות גבוהות בסביבה עשירה בחמצן.
  • סיליקה היא המרכיב העיקרי בסיבים אופטיים.
  • סיליקה בצורת Silicon Dioxide Ph. Eur. 6x. משמש לתרופות הומיאופתיות על מנת לטפל בזיהומי דם, ציפורניים שבירות ושער חסר ברק. הרעיון פותח במאה ה-19 כחלק משיטת הריפוי הביוכימי שהמציא ד"ר היינריך שוסלר (1898-1821), רופא, כימאי פיזיקלי ופיזיקאי. ד"ר שוסלר הסיק כי לצורך תפקוד רגיל זקוקים התאים בגוף למינון נורמלי של 12 מלחים אנאורגניים שהצורן הדו-חמצני הוא אחד מהם. לטענות אלה אין שום אישוש ניסויי או קליני.
  • סיליקה משמשת למיצוי DNA ו-RNA בשל יכולתו לקשור את חומצות הגרעין.
  • סיליקה מוספת לחומרים רפואיים נוגדי קצף כדוגמה התרופה כנגד גזים סימתיקון.

השפעות בריאותיות

עריכה

שאיפת אבק סילקה גבישי עלולה להוביל לסיליקוזיס (מחלת ריאות המכונה בעברית צוֹרנת) ולסרטן.

כימיה

עריכה

שכבה דקה מאוד (כ-ננומטר) צורן דו-חמצני הנקראת "תחמוצת טבעית" נוצרת על פני השטח כאשר צורן נחשף לחמצן (או אוויר). טמפרטורות גבוהות וסביבות עשירות בחמצן משמשות לגידול מבוקר של שכבות של צורן דו-חמצני על פני הצורן. צורן דו-חמצני נתקף על ידי חומצה הידרופלואורית (HF). חומצה זו משמשת לסילוק או לטבוע תבניות בצורן הדו-חמצני בתעשיית המוליכים למחצה. ניתן לחזר צורן דו-חמצני לצורן על ידי פחמן

פלואור מגיב עם צורן דו-חמצני והתוצרים הם SiF4 וחמצן, החומר לא יגיב עם הלוגנים אחרים (Cl2, Br2, I2). החומר מגיב עם חומצה הידרופלואורית בתגובה:
 
כך משמש HF להסרת שכבת התחמוצת מהצורן בתעשיית המיקרואלקטרוניקה וכן לאיכול זכוכית סיליקטית.

צורן דו-חמצני מגיב עם בסיס מרוכז חם או בהידרוקסידים מותכים לקבלת תוצר מסיס בתגובות דוגמת:

  •  

צורן דו-חמצני מגיב עם תחמוצות מתכת שונות ליצירת זכוכית.

מקורות

עריכה

קישורים חיצוניים

עריכה
  מדיה וקבצים בנושא צורן דו-חמצני בוויקישיתוף

ניסור בטון נקי – הסכנות באבק שנוצר בניסור בטון ואיך למזער אותו

הערות שוליים

עריכה
  1. ^ Bersch, Eric. "Band offsets of ultrathin high-k oxide films with Si". Phys. Rev. B. 78: 085114. doi:10.1103/PhysRevB.78.085114.