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二氧化硅广泛存在于自然界中,与其他矿物共同构成了岩石 。天然二氧化硅称为硅石 ,约占地壳质量的12%,其存在形式有结晶态和无定形态两种。石英晶体是结晶 的二氧化硅,具有不同的晶型和色彩。石英中无色透明的晶体是通常所说的水晶 。具有彩色环带状或层状的称为玛瑙 (含有杂质)。
二氧化硅矿物是指化学式相同(SiO?),但结构有差异的矿物 ,这些矿物统称为类质异像体,主要包括石英、方石英 和鳞石英 。这些矿物在地球上主要存于花岗岩 、砂岩 和黑硅岩中,而月球 上几乎缺乏,主要原因是:化学成分演化上,月球形成一个低硅、高铝的月壳,高硅的花岗质岩石极为*;月球在演化上缺乏像地球一样有一个可以结晶出二氧化硅矿物的水系和热水体系。尽管二氧化硅矿物在月球岩石上极为*,但对月球岩石的分类和成因的研究具有重要的作用。
月球上的石英矿物*早是在几块类花岗岩碎处中发现的,在霏细岩 中同时也充填了不少方石英矿物,从其微细结构和成分的分析表明,这些石英实际上是由方石英变化过来的。后来在粗晶状的月球花岗岩碎块中也发现有石英矿物,根据其同位素 的分析结果,这些矿物是41亿年左右,在较深的环境下结晶形成的,说明这些石英不是在岩浆岩形成期间结晶形成的。
月海武岩中的二氧化硅矿物绝大多数是方石英,体积百分数*多可达5%,几乎没有石英矿物,只有在细晶状月海玄武岩 中才存在少量的石英矿物,这些方石英具有典型的双晶结构表明:在熔浆冷却过程中,从高温到低温条件下形成的方石英都有。另外,在一些粗晶状的月海玄武岩中也同时存在方石英和鳞石英,但从结构特征看,方石英是由鳞石英转变的,因为鳞石英一般是镶嵌在于不规则的颗粒之间。
化学性质比较稳定。不跟水反应。是酸性氧化物 ,不跟一般酸反应。气态氟化氢 跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅 。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐 和水 。跟多种金属氧化物 在高温 下反应生成硅酸盐 。用于制造石英玻璃 、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维 ,陶瓷 等。二氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用(热浓磷酸除外)。
常见的浓磷酸(或者说焦磷酸)在高温下即可腐蚀二氧化硅,生成杂多酸 [3] ,高温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅,鉴于此性质,硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂,除此之外氟化氢也可以可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶于水 的氟硅酸 : 6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O
二氧化硅一般情况下不与水反应,即与水接触不生成硅酸,但人为规定二氧化硅为硅酸的酸酐。
在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内,二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。
尽管熔融石英 不是长范围有序,但它却表现出短的有序结构,它的结构可认为是4个氧原子位于四面体的顶点上。多面体中心是一个硅原子。
这样,每4个氧原子近似共价键 合到硅原子,满足了硅的化合价 外壳。如果每个氧原子是两个多面体的一部分,则氧的化合价也被满足,结果就成了称为石英的规则的晶体结构 。
在熔融石英中,某些氧原子,成为氧桥位,与两个硅原子键合。某些氧原子没有氧桥,只和一个硅 原子 键合 。
二氧化硅用于制造平板玻璃,玻璃制品,铸造砂,玻璃纤维,陶瓷彩釉,防锈用喷砂,过滤用砂,熔剂,耐火材料以及制造轻量气泡混凝土。 二氧化硅的用途很广。自然界里比较*的水晶可用以制造电子工业的重要 部件、光学仪器和工艺品。 二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。 一般较纯净的石英,可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小,相当于 普通玻璃的1/18,能经受温度的剧变,耐酸性能好(除HF外),因此,石英玻璃 常用来制造耐高温的化学仪器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。
二氧化硅是制造玻璃 、石英玻璃 、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品 和耐火材料的原料,是科学研究的重要材料。
当二氧化硅结晶*时就是水晶;二氧化硅 胶化脱水后就是玛瑙 ;二氧化硅含水的胶体 凝固后就成为蛋白石 ;二氧化硅 晶粒小于几微米时,就组成玉髓 、燧石、次生石英岩 。物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系 的氧化物矿物,即低温石英(α-石英),是石英族矿物中分布*广的一个矿物种 。广义的石英 还包括高温石英(β-石英)。石英块又名硅石,主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料,也是石英耐火材料和烧制硅铁 的原料。
