SiO₂ ist kein Molekül, sondern die Summenformel einer Gruppe anorganischer Polymere, bei denen jedes Si-Atom an 4 Sauerstoffatome gebunden ist.

Struktur
SiO2.png
Allgemeines
Name	Siliziumdioxid
Andere Namen	Siliziumoxid, Siliciumdioxid
Summenformel	SiO2
CAS-Nummer	verschiedene, z.B. 7631-86-9, 112945-52-5, 112926-00-8, 14808-60-7
Kurzbeschreibung	-
Eigenschaften
Molmasse	60.1 g/mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	je nach Modifikation zwischen 1,9 und 4,29 g/cm³, meist 2,2 (amorph) bis 2,65 (kristallin) g/cm³
Durchbruchfeldstärke	10 MV/cm
Schmelzpunkt	1723°C
Siedepunkt	2230°C
Dampfdruck	- Pa (x °C)
Löslichkeit	-
Sicherheitshinweise
Gefahrensymbole

keine

R- und S-Sätze R:
S: 22 MAK Quarz 0,15 mg/m³ A, gebrannte Kieselgur 0,3 mg/m³, Fällungskieselsäure 4 mg/m³ Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Siliziumdioxid (fachsprachlich: Siliciumdioxid) ist der Sammelbegriff für chemische Verbindungen mit der Summenformel SiO₂. Im Deutschen wird für Siliziumdioxid fälschlich auch die Bezeichnung Kieselsäure benutzt, obwohl Siliziumdioxid nur das Anhydrid der ortho-Kieselsäure Si(OH)₄ oder H₄SiO₄ ist, die sich aus Siliziumdioxid durch Anlagerung von zwei Molekülen Wasser bildet.

Mineralogie und Vorkommen

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Nicht kristallisiertes (amorphes) SiO₂ kommt natürlich in weitgehend reiner Form - auch in vulkanischen Gläsern und Tektiten - vor, die in ihrer Zusammensetzung sehr inhomogen und uneinheitlich sind:

• biogen: Skelette von Radiolarien, Diatomeen und Schwämmen aus Opal, diagenetisch zu Gestein verfestigt, zum Beispiel zu Kieselschiefer
• Geyserit: amorphe Sinterprodukte heißer Quellen
• Tachylit: vulkanisches Glas basaltischer Zusammensetzung, das neben SiO₂ größere Gehalte an FeO, MgO, CaO und Al₂O₃ enthält
• Obsidian: vulkanisches Glas granitischer Zusammensetzung
• Tektit: Gesteinsgläser entstanden durch Schmelzen von Gestein infolge von Meteoriteneinschlägen
• Lechatelierit: reines natürliches SiO₂-Glas wie es z.B. in Tektiten vorkommt oder bei Blitzeinschlägen in Quarzsande entsteht (Fulgurit)
• Opal
• SiO₂-Schmelze: bei Temperaturen oberhalb von 1727 °C (bei 1 bar)

Im Gegensatz zum amorphen SiO₂ haben die kristallinen Formen nur eine sehr geringe Toleranz gegenüber Verunreinigungen. Sie unterscheiden sich nur in ihrer Struktur.

• Moganit (Chalcedon):
• α-Quarz (Tiefquarz): Bildungsbedingungen: Temperatur T < 573 °C, Druck p < 20 kbar
• β-Quarz (Hochquarz): 573 °C < T < 867 °C, p < 30 kbar
• Tridymit: 867 °C < 1470 °C, p < 5 kbar
• Cristobalit: 1470 °C < 1727 °C
• Coesit: 20 kbar < p < 75 kbar
• Stishovit: 75 kbar < p < ? kbar

Siliziumdioxid bildet als Teil von Silikaten wie z. B. Feldspat, Tonmineralen oder in freier Form als Quarz den Hauptbestandteil der Erdkruste und somit auch die häufigste Siliziumverbindung.

Chemische Eigenschaften

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Wasser und Säuren vermögen SiO₂ praktisch nicht aufzulösen, ausgenommen Flusssäure (HF), von der es unter Bildung von gasförmigem Siliziumtetrafluorid (SiF₄) angegriffen wird. Alkalischmelzen und – in schwächerem Ausmaß – auch wässrige Alkalilaugen lösen besonderes amorphes Siliziumdioxid.

Technische Herstellung

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Synthetisches SiO₂, das meist amorph vorliegt, wird großtechnisch in unterschiedlichen Prozessen in großen Mengen erzeugt.

Die großtechnische Herstellung von synthetischem SiO₂ erfolgt hauptsächlich über Fällungsprozesse ausgehend von Wasserglas, das durch Aufschließen von Quarzsand mit Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat erhältlich ist. So erzeugtes SiO₂ nennt man je nach Prozessbedingungen Fällungskieselsäuren oder Kieselgele. Eine weitere wichtige Herstellungsvariante ist die Erzeugung von so genanntem pyrogenen SiO₂ in einer Knallgasflamme, ausgehend von flüssigen Chlorsilanen wie Siliziumtetrachlorid (SiCl₄). Wichtige Hersteller von synthetischen Kieselsäuren sind Degussa, Wacker-Chemie, Rhodia, Grace und andere.

Technische Anwendung

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Synthetisches SiO₂ spielt im Alltag meist unbemerkt eine große Rolle. In Farben und Lacken, Kunst- und Klebstoffen ist es ebenso wichtig wie in modernen Fertigungsprozessen in der Halbleitertechnik oder als Pigment in Inkjetpapier-Beschichtungen. Als ungiftige Substanz ist es in pharmazeutischen Artikeln genauso vertreten wie in kosmetischen Produkten, wird in Lebensmittelprozessen (z.B. Bierklärung) und als Putzhilfe in Zahnpasta verwendet. Mengenmäßig zu den Hauptanwendungen zählen der Einsatz als Füllstoff für Kunststoffe und Dichtmassen, insbesondere in Gummiartikeln. Moderne Autoreifen profitieren von der Verstärkung durch ein spezielles SiO₂-System und sparen dabei gegenüber den traditionell nur mit Ruß gefüllten Gummimischungen ca. 5 % Treibstoff bei gleichzeitig verbesserten Sicherheitsleistungen.

Die mengenmäßig größte Bedeutung kommt Siliciumdioxid natürlich in Form von Glas zu. Meistens wird es mit Stoffen wie Aluminiumoxid, Boroxid, Calcium- und Natriumoxid vermischt um die Schmelztemperatur zu senken, die Verarbeitung zu erleichtern oder die Eigenschaften des Endprodukts zu verbessern. Reines Siliciumdioxid ist schwer schmelzbares Quarzglas, das dafür aber besonders robust ist.

Quarzglas wird in der Optik in Form von Linsen, Prismen, etc. verwendet. In der Mikro- oder Nanosystemtechnik häufig auch als Maskenträger, als Gate-Oxid im MOSFET und als Isolierschichten in ICs (integrierten Schaltkreisen). Im chemischen Labor wird Quarzglas als Geräteglas eingesetzt, sobald besonders hohe Temperatur-Wechsel-Beständigkeit, chemische Beständigkeit bzw. UV-Durchlässigkeit gefordert werden. Üblicherweise verwendet man im Labor das ebenfalls relativ beständige Borosilikatglas.

Weblinks

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siehe auch Quarz

• Forscher pressen Oxid des Halbleiters in bisher unbekannte Kristallform www.wissenschaft.de: Unter dem enormen Druck von 268 Gigapascal bildet Silizium Kristalle, die auf der Erde sonst nirgends vorkommen.
• Umfangreiche Infos zu amorphen SiO₂ (Opal)
• Photos aller SiO₂-Modifikationen

Chemische Verbindung

Diòxid de silici | Oxid křemičitý | Silicon dioxide | Dióxido de silicio | Ränidioksiid | Silika | Silice | Silice | 二酸化ケイ素 | Silica | Silica | Krzemionka | Dióxido de silício | Диоксид кремния | Kiseldioxid | سىلىكون دىئوكسىد | 二氧化硅