كيمياء ثاني أكسيد السيليكون ونماذجه المصنعة

في الكيمياء إن ثاني أكسيد السيليكون المركب الكيميائي المعروف أيضًا باسم السيليكا أو (silox من “silex” اللاتيني)، هو مركب غير عضوي، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (SiO2)، وهو معروف بصلابته منذ القرن التاسع، وتوجد السيليكا الأكثر شيوعًا وانتشارا في الطبيعة مثل الرمل أو الكوارتز، وثاني أكسيد السيليكون عبارة عن مكون رئيسي لمعظم أنواع الزجاج والمواد مثل الخرسانة.

النماذج المصنعة لثاني أكسيد السيليكون

• يتم تصنيع السيليكا بعدة أشكال منها: زجاج (يسمى شكل عديم اللون وعالي النقاء السيليكا المنصهرة)، والسيليكا الاصطناعية غير المتبلورة، وهلام السيليكا (يستخدم على سبيل المثال كمجففات في الملابس الجديدة والمنتجات الجلدية)، يتم استخدامه في إنتاج المنتجات المختلفة، ويعتبر زجاج جير الصودا غير المكلف هو الأكثر شيوعًا ويوجد عادةً في أكواب الشرب والزجاجات والنوافذ.

• ويتم تصنيع السيليكا على شكل مادة خام للعديد من الخزفيات البيضاء مثل الخزف والحجر والبورسلين، وكمادة خام من أجل انتاج الاسمنت البورتلاندي، كما ويتم تصنيعها كمضاف غذائي وبشكل أساسي كعامل تدفق في الأطعمة البودرة أو من أجل امتصاص الماء، ويعد طلاء الأكسيد الطبيعي (“الأصلي”) الذي ينمو على السيليكون مفيدًا بشكل كبير في الإلكترونيات الدقيقة.

• كما أن طلاء الأكسيد الطبيعي عازل كهربائي ممتاز، حيث يمتلك ثبات كيميائي عالي، في التطبيقات الكهربائية، يمكنه حماية السيليكون وتخزين الشحنة، بالإضافة إلى منع التيار، وحتى العمل كمسار متحكم به للسماح للتيارات الصغيرة بالتدفق عبر الجهاز، ومع ذلك فإنه في درجة حرارة الغرفة ينمو ببطء شديد ومن أجل تصنيع طبقات الأكسيد هذه على السيليكون.

• كانت الطريقة التقليدية هي التسخين المتعمد للسيليكون في أفران ذات درجة حرارة عالية داخل محيط أكسجين (أكسدة حرارية)، وكمادة خام للهواء الهوائي في مركبة الفضاء ستاردست، كما ويستخدم في استخلاص (DNA و RNA) وذلك نظرا لقدرته على الارتباط بالأحماض النووية في ظل وجود (Chaotropes).

• يضاف ثاني أكسيد السيليكون للعامل الطبي المضاد للرغوة مثل سيميثيكون بنسبة صغيرة وذلك لتعزيز نشاط إزالة الرغوة، وكمادة السيليكا الرطبة في معجون الأسنان (كمادة كاشطة لمحاربة البلاك).

كيمياء ثاني أكسيد السيليكون

• يتكون ثاني أكسيد السيليكون عندما يتعرض السيليكون للأكسجين (أو الهواء)، حيث تتكون طبقة رقيقة جدًا (ما يقارب 1 نانومتر أو 10 أنستغروم) مما يسمى بـ “الأكسيد الأصلي” على السطح عندما يتعرض السيليكون للهواء في الظروف المحيطة به، علما أنه يستعمل درجة حرارة مرتفعة أكثر وبيئات أخرى من أجل تنمية طبقات من (SiO2) يتم التحكم فيها بشكل جيد على السيليكون.

• يحتوي ثاني أكسيد السيليكون على رابطة تساهمية ويشكل بنية شبكة (تُعرف أيضًا باسم شعرية أو مستمرة)، يتم مهاجمة ثاني أكسيد السيليكون بواسطة حمض الهيدروفلوريك (HF)، ويستخدم حمض الهيدروفلوريك من أجل إزالة أو تشكيل ثاني أكسيد السيليكون في صناعة أشباه الموصلات.

• يسمى ثاني أكسيد السيليكون بأكسيد السيليكون (IV)، وتوجد ثلاثة أشكال مختلفة من بلورات ثاني أكسيد السيليكون، وأسهل طريقة للرسم والتذكر تعتمد على هيكل الماس، إن السيليكون المتبلور له هيكل مشابه للماس، ومن أجل تحويله إلى ثاني أكسيد السيليكون فإن كل ما يفترض بنا فعله هو تعديل بنية السيليكون عن طريق إضافة بعض ذرات الأكسجين.

• ومن الصيغة الكيميائية لثاني أكسيد السيليكون (SiO2 ) فإن كل ذرة سيليكون يتم ربطها بجارتها بواسطة ذرة أكسجين، مع الأخذ بعين الاعتبار أن هذا مجرد جزء صغير من هيكل (SiO2) العملاق، إذ أنه هيكل يمتد على جميع الأبعاد الثلاثة.

خصائص ثاني أكسيد السيليكون

فيما يلي كلا من خصائص ثاني أكسيد السيليكون الفيزيائية والكيميائية:

الخصائص الفيزيائية لثاني أكسيد السيليكون

• ثاني أكسيد السيليكون شفاف إلى الرمادي أو البلوري وهو عديم الرائحة، مادة صلبة غير متبلورة، يمتلك نقاط انصهار وغليان قيمتها 1713 درجة مئوية و 2950 درجة مئوية على التوالي، يمتلك كثافة حوالي 2.648 جم لكل سم مكعب، وهو غير قابل للذوبان في كل من الحمض والماء وقابل للذوبان في حمض الهيدروفلوريك، يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 60.08 جم لكل مول.

الخواص الكيميائية لثاني أكسيد السيليكون

• ثاني أكسيد السيليكون ليس مركبًا شديد التفاعل؛ وذلك لأن قطبية الجزيء (SiO2) تساوي صفرًا، يشكل السيليكون “Si” رابطتين مزدوجتين مع الأكسجين (O)، لذلك فهو عبارة عن جزيء مستقر للغاية، وعلاوة على ذلك فإنه يمتلك قوة عازلة عالية بحيث يتم استخدامها على شكل عازل وفي أشباه الموصلات.