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Articulo de referencia

dióxido de silicio

2 \n|MolarMass = 60.08 g/mol\n|Appearance = Colorless crystals or white crystalline powder\n|Density = 2.648 (α-quartz), 2.196 (amorphous) g·cm −3 {{RubberBible92nd}} \n|Melting...

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El dióxido de silicio , también conocido como sílice , es un óxido de silicio con la fórmula química SiO₂ y se encuentra comúnmente en la naturaleza como cuarzo . [ 5 ] [ 6 ] En muchas partes del mundo, la sílice es el principal componente de la arena . La sílice es una de las familias de materiales más complejas y abundantes , existiendo como un compuesto de varios minerales y como un producto sintético. Algunos ejemplos incluyen el cuarzo fundido , la sílice pirogénica , el ópalo y los aerogeles . Se utiliza en materiales estructurales , microelectrónica y como componente en las industrias alimentaria y farmacéutica. Todas las formas son blancas o incoloras, aunque las muestras impuras pueden ser coloreadas u opacas.

El dióxido de silicio es un componente fundamental común del vidrio .

Estructura

Motivo estructural presente en el cuarzo α, pero también en casi todas las formas de dióxido de silicio.
Subunidad típica para dióxido de silicio a baja presión
Relación entre el índice de refracción y la densidad para algunas formas de SiO 2 [ 7 ]

En la mayoría de los dióxidos de silicio, el átomo de silicio presenta una coordinación tetraédrica , con cuatro átomos de oxígeno rodeando un átomo central de Si ( véase la celda unitaria 3D ). Así, el SiO₂ forma sólidos reticulares tridimensionales en los que cada átomo de silicio está unido covalentemente de forma tetraédrica a cuatro átomos de oxígeno. [ 8 ] [ 9 ] En contraste, el CO₂ es una molécula lineal. Las estructuras marcadamente diferentes de los dióxidos de carbono y silicio son una manifestación de la regla del doble enlace . [ 10 ]

Según las diferencias en la estructura cristalina, el dióxido de silicio se puede dividir en dos categorías: cristalino y no cristalino ( amorfo ). En su forma cristalina, esta sustancia se encuentra de forma natural como cuarzo , tridimita (forma de alta temperatura), cristobalita (forma de alta temperatura), estishovita (forma de alta presión) y coesita (forma de alta presión). Por otro lado, la sílice amorfa se encuentra en la naturaleza como ópalo y tierra de diatomeas . El vidrio de cuarzo es una forma de estado intermedio entre estas estructuras. [ 11 ]

Todas estas formas cristalinas distintas siempre tienen la misma estructura local alrededor de Si y O. En el cuarzo α, la longitud del enlace Si–O es de 161 pm, mientras que en la tridimita α se encuentra en el rango de 154–171 pm. El ángulo Si–O–Si también varía entre un valor bajo de 140° en la tridimita α y 180° en la tridimita β. En el cuarzo α, el ángulo Si–O–Si es de 144°. [ 12 ]

Polimorfismo

El cuarzo alfa es la forma más estable de SiO₂ 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 está acompañada de un cambio significativo en el volumen, puede inducir fácilmente la fractura de cerámicas o rocas que pasan por este límite de temperatura. [ 13 ] Sin embargo, los minerales de alta presión, seifertita , estishovita y coesita , tienen densidades e índices de refracción más altos que el cuarzo. [ 14 ] La estishovita tiene una estructura similar al rutilo donde el silicio es hexacoordinado. La densidad de la estishovita es de 4,287  g/cm³ , en comparación con el cuarzo α, la forma de baja presión más densa, que tiene una densidad de 2,648  g/cm³ . [ 15 ] La diferencia de densidad puede atribuirse al aumento de la coordinación, ya que las seis longitudes de enlace Si–O más cortas en la estishovita (cuatro de 176 pm y otras dos de 181 pm) son mayores que la longitud del enlace Si–O (161 pm) en el cuarzo α. [ 16 ] El cambio en la coordinación aumenta la ionicidad del enlace Si–O. [ 17 ]

La sílice faujasita , otro polimorfo, se obtiene mediante la dealuminación de una zeolita Y ultraestable con bajo contenido de sodio, con un tratamiento térmico y ácido combinado. El producto resultante contiene más del 99 % de sílice y presenta una alta cristalinidad y una superficie específica elevada (superior a 800 m² / g). La sílice faujasita posee una estabilidad térmica y ácida muy alta. Por ejemplo, mantiene un alto grado de orden molecular de largo alcance o cristalinidad incluso después de hervir en ácido clorhídrico concentrado . [ 18 ]

SiO2 fundido

La sílice fundida presenta varias características físicas peculiares similares a las observadas en el agua líquida : expansión térmica negativa, densidad máxima a temperaturas de aproximadamente 5000  °C y capacidad calorífica mínima. [ 19 ] Su densidad disminuye de 2,08  g/cm³ a ​​1950  °C a 2,03  g/cm³ a ​​2200  °C. [ 20 ]

SiO2 molecular

La molécula de SiO₂ tiene una estructura lineal como el CO₂ . Se ha producido combinando monóxido de silicio (SiO) con oxígeno en una matriz de argón . El dióxido de silicio dimérico, (SiO₂ ) ₂ , se ha obtenido haciendo reaccionar O₂ con monóxido de silicio dimérico aislado en matriz, (Si₂O₂ ) . En el dióxido de silicio dimérico hay dos átomos de oxígeno que unen los átomos de silicio con un ángulo Si–O–Si de 94° y una longitud de enlace de 164,6 pm, mientras que 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. [ 21 ]  

fenómeno natural

Geología

El SiO₂ se encuentra con mayor frecuencia en la naturaleza como cuarzo , que constituye más del 10 % de la masa de la corteza terrestre. [ 22 ] El cuarzo es el único polimorfo de sílice estable en la superficie terrestre. Se han encontrado ocurrencias metaestables de las formas de alta presión coesita y estishovita alrededor de estructuras de impacto y asociadas con eclogitas formadas durante el metamorfismo de ultra alta presión . Las formas de alta temperatura tridimita y cristobalita se conocen en rocas volcánicas ricas en sílice . En muchas partes del mundo, la sílice es el principal componente de la arena . [ 23 ]

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 herbívoros, desde insectos masticadores hasta ungulados . La sílice acelera el desgaste dental, y los altos niveles de sílice en plantas consumidas frecuentemente por insectos podrían haberse desarrollado como un mecanismo de defensa contra la depredación. [ 24 ] [ 25 ]

La sílice es también el componente principal de la ceniza de cáscara de arroz , que se utiliza, por ejemplo, en la filtración y como material cementante suplementario (SCM) en la fabricación de cemento y hormigón . [ 26 ]

La silicificación en y por las células ha sido común en el mundo biológico y ocurre en bacterias, protistas, plantas y animales (invertebrados y vertebrados). [ 27 ]

Algunos ejemplos destacados son:

Usos

Uso estructural

Aproximadamente el 95% del uso comercial del dióxido de silicio (arena) se encuentra en la industria de la construcción, por ejemplo, en la producción de hormigón ( hormigón de cemento Portland ). [ 22 ]

Ciertos depósitos de arena de sílice, con el tamaño y la forma de partícula adecuados, así como con un contenido deseable de arcilla y otros minerales, eran importantes para la fundición en arena de productos metálicos. [ 33 ] El alto punto de fusión de la sílice permite su uso en aplicaciones como la fundición de hierro; la fundición en arena moderna a veces utiliza otros minerales por otras razones.

La sílice cristalina se utiliza en la fracturación hidráulica de formaciones que contienen petróleo de lutitas y gas de esquisto . [ 34 ]

Precursor del vidrio y del silicio

La sílice es el ingrediente principal en la producción de la mayoría de los vidrios . Al fundirse otros minerales con sílice, el principio de descenso del punto de congelación reduce el punto de fusión de la mezcla y aumenta su fluidez. La temperatura de transición vítrea del SiO₂ puro es de aproximadamente 1475 K. [ 35 ] Cuando el dióxido de silicio fundido (SiO₂ ) se enfría rápidamente, no cristaliza, sino que se solidifica como un vidrio. [ 36 ] Por esta razón, la mayoría de los esmaltes cerámicos tienen sílice como ingrediente principal. [ 37 ]

La geometría estructural del silicio y el oxígeno en el vidrio es similar a la del cuarzo y la mayoría de las demás formas cristalinas de silicio y oxígeno, con el silicio rodeado por tetraedros regulares de centros de oxígeno. La diferencia entre las formas vítreas y cristalinas surge de la conectividad de las unidades tetraédricas: aunque no existe periodicidad de largo alcance en la red vítrea, el ordenamiento se mantiene en escalas de longitud mucho mayores que la longitud del enlace SiO. Un ejemplo de este ordenamiento es la preferencia por formar anillos de 6-tetraedros. [ 38 ]

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

El dióxido de silicio se utiliza para producir silicio elemental . El proceso implica una reducción carbotérmica en un horno de arco eléctrico : [ 39 ]

SiO2+2do⟶Si+2CO{\displaystyle {\ce {SiO2 + 2 C -> Si + 2 CO}}}

sílice pirogénica

La sílice pirogénica , también conocida como sílice fumada, se prepara quemando SiCl 4 en una llama de hidrógeno rica en oxígeno para producir un "humo" de SiO 2 . [ 15 ]

SiCl4+2H2+O2⟶SiO2+4HCl{\displaystyle {\ce {SiCl4 + 2 H2 + O2 -> SiO2 + 4 HCl}}}

También se puede producir vaporizando arena de cuarzo en un  arco eléctrico a 3000 °C. Ambos procesos dan como resultado microgotas de sílice amorfa fusionadas en partículas secundarias tridimensionales ramificadas y 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/cm³ ) y, por lo tanto, una gran superficie. [ 40 ] 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.

Sílice pirogénica fabricada con una superficie máxima de 380 m² / g.

El humo de sílice es un polvo ultrafino que se obtiene como subproducto de la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio . Consiste en partículas esféricas amorfas (no cristalinas) con un diámetro promedio de 150  nm, sin la ramificación característica del producto pirogénico. Su principal uso es como material puzolánico para hormigón de alto rendimiento. Las nanopartículas de sílice pirogénica pueden utilizarse con éxito como agente antienvejecimiento en ligantes asfálticos. [ 41 ]

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 fluidificante o antiaglomerante en alimentos en polvo como especias y cremas para café no lácteas, o en polvos destinados a la fabricación de comprimidos farmacéuticos. [ 40 ] Puede adsorber agua en aplicaciones higroscópicas . La sílice coloidal se utiliza como agente clarificante para vino, cerveza y zumos, con la referencia E551 . [ 22 ]

En cosmética, la sílice es útil por sus propiedades difusoras de luz [ 42 ] y su absorbencia natural. [ 43 ]

La tierra de diatomeas , un producto extraído de minas, 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 dental . [ 44 ] [ 45 ] La sílice hidratada fabricada o extraída de minas se utiliza como abrasivo duro en la pasta de dientes .

Semiconductores

El dióxido de silicio se utiliza ampliamente en la tecnología de semiconductores:

  • para la pasivación primaria (directamente sobre la superficie del semiconductor),
  • como dieléctrico de puerta original en la tecnología MOS . Hoy en día, cuando la miniaturización (dimensión de la longitud de la puerta del transistor MOS) ha progresado por debajo de los 10  nm, el dióxido de silicio ha sido reemplazado por otros materiales dieléctricos como el óxido de hafnio o similares con una constante dieléctrica más alta en comparación con el dióxido de silicio,
  • como una capa dieléctrica entre capas metálicas (de 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) que hoy en día suele ir combinada con otros dieléctricos como el nitruro de silicio .

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

El dióxido de silicio podría crecer sobre una superficie de semiconductor de silicio . [ 46 ] Las capas de óxido de silicio podrían proteger las superficies de silicio durante los procesos de difusión y podrían usarse para el enmascaramiento de difusión. [ 47 ] [ 48 ]

La pasivación de la superficie es el proceso mediante el cual una superficie semiconductora se vuelve inerte y no altera 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. [ 49 ] [ 50 ] La formación de una capa de dióxido de silicio de crecimiento térmico reduce considerablemente la concentración de estados electrónicos en la superficie del silicio . [ 50 ] Las películas de SiO 2 preservan las características eléctricas de las uniones p-n y evitan que estas características eléctricas se deterioren por el ambiente gaseoso. [ 48 ] Las capas de óxido de silicio podrían usarse para estabilizar eléctricamente las superficies de silicio. [ 47 ] El proceso de pasivación de la superficie es un método importante de fabricación de dispositivos semiconductores que implica recubrir una oblea de silicio con una capa aislante de óxido de silicio para que la electricidad pueda penetrar de manera confiable al silicio conductor subyacente. El crecimiento de una capa de dióxido de silicio sobre una oblea de silicio permite superar los estados superficiales que de otro modo impedirían que la electricidad llegara a la capa semiconductora. [ 49 ] [ 51 ]

El proceso de pasivación de la superficie del silicio mediante oxidación térmica (dióxido de silicio) es fundamental para la industria de los semiconductores . Se utiliza comúnmente para fabricar transistores de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET) y chips de circuitos integrados de silicio (con el proceso planar ). [ 49 ] [ 51 ]

Otro

La sílice hidrofóbica se utiliza como componente antiespumante .

En su capacidad como material refractario , es útil en forma de fibra como tejido de protección térmica de alta temperatura . [ 52 ]

La sílice se utiliza en la extracción de ADN y ARN debido a su capacidad de unirse a los ácidos nucleicos en presencia de agentes caotrópicos . [ 53 ]

El aerogel de sílice se utilizó en la nave espacial Stardust para recolectar partículas extraterrestres. [ 54 ]

La sílice pura (dióxido de silicio), al enfriarse como cuarzo fundido hasta convertirse en un vidrio sin punto de fusión definido, puede utilizarse como fibra de vidrio. La fibra de vidrio contiene sílice, un componente clave en su composición, que suele representar alrededor del 65 % del material. La sílice se combina con otros compuestos para crear las fibras de vidrio utilizadas en los productos de fibra de vidrio.

Producción

El dióxido de silicio se obtiene principalmente mediante minería, incluyendo la extracción de arena y la purificación de cuarzo . El cuarzo es adecuado para muchos usos, mientras que se requiere un procesamiento químico para obtener un producto más puro o más adecuado (por ejemplo, más reactivo o de grano fino). [ 55 ] [ 56 ]

sílice precipitada

La sílice precipitada o sílice amorfa se produce mediante 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. [ 15 ] La ecuación idealizada que involucra un trisilicato y ácido sulfúrico es:

N / A2Si3O7+H2ENTONCES4⟶3SiO2+N / A2ENTONCES4+H2O{\displaystyle {\ce {Na2Si3O7 + H2SO4 -> 3 SiO2 + Na2SO4 + H2O}}}

Aproximadamente mil millones de kilogramos/año (1999) de sílice se producían de esta manera, principalmente para su uso en compuestos poliméricos: neumáticos y suelas de zapatos. [ 22 ]

En microchips

Las películas delgadas de sílice crecen espontáneamente sobre obleas de silicio mediante oxidación térmica , produciendo una capa muy delgada de aproximadamente 1 nm o 10 Å del llamado óxido nativo. [ 57 ] Se utilizan temperaturas más altas y entornos alternativos para cultivar capas bien controladas de dióxido de silicio sobre silicio, por ejemplo, a temperaturas entre 600 y 1200  °C, utilizando la llamada oxidación seca con O 2

Si+O2⟶SiO2{\displaystyle {\ce {Si + O2 -> SiO2}}}

o oxidación húmeda con H₂O . [ 58 ] [ 59 ]

Si+2H2O⟶SiO2+2H2{\displaystyle {\ce {Si + 2 H2O -> 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. [ 60 ]

Métodos de laboratorio o especiales

A partir de compuestos organosilícicos

Muchas rutas para obtener dióxido de silicio comienzan con un compuesto organosilícico, por ejemplo, HMDSO, [ 61 ] TEOS. La síntesis de sílice se ilustra a continuación utilizando ortosilicato de tetraetilo (TEOS). [ 62 ] Simplemente calentando TEOS a 680–730  °C se obtiene el óxido:

Si(jefe2H5)4⟶SiO2+2O(do2H5)2{\displaystyle {\ce {Si(OC2H5)4 -> SiO2 + 2 O(C2H5)2}}}

De forma similar, el TEOS se quema alrededor de los 400  °C:

Si(jefe2H5)4+12O2⟶SiO2+10H2O+8CO2{\displaystyle {\ce {Si(OC2H5)4 + 12 O2 -> SiO2 + 10 H2O + 8 CO2}}}

El TEOS se hidroliza mediante el 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: [ 63 ]

Si(jefe2H5)4+2H2O⟶SiO2+4HOCH2CH3{\displaystyle {\ce {Si(OC2H5)4 + 2 H2O -> SiO2 + 4 HOCH2CH3}}}

Otros métodos

Debido a su alta estabilidad, el dióxido de silicio se obtiene mediante diversos métodos. Conceptualmente simple, pero de escaso valor práctico, la combustión del silano produce dióxido de silicio. Esta reacción es análoga a la combustión del metano:

SiH4+2O2⟶SiO2+2H2O{\displaystyle {\ce {SiH4 + 2 O2 -> SiO2 + 2 H2O}}}

Sin embargo, la deposición química en fase vapor de dióxido de silicio sobre la superficie del cristal a partir de silano se ha utilizado utilizando nitrógeno como gas portador a 200–500  °C. [ 64 ]

Reacciones químicas

El dióxido de silicio es un material relativamente inerte (de ahí su amplia presencia como mineral). La sílice se utiliza a menudo como recipiente inerte para reacciones químicas. A altas temperaturas, se convierte en silicio mediante reducción con carbono.

El flúor reacciona con el dióxido de silicio para formar SiF₄ y O₂ mientras que los otros gases halógenos (Cl₂ , Br₂ , I₂ ) no reaccionan. [ 15 ]

La mayoría de las formas de dióxido de silicio son atacadas ("grabadas") por ácido fluorhídrico (HF) para producir ácido hexafluorosilícico : [ 12 ]

SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O

La estishovita no reacciona al HF en ningún grado significativo. [ 65 ] El HF se utiliza para eliminar o modelar dióxido de silicio en la industria de semiconductores.

El dióxido de silicio actúa como un ácido de Lux-Flood , pudiendo reaccionar con bases bajo ciertas condiciones. Dado que no contiene hidrógeno, la sílice no hidratada no puede actuar directamente como un ácido de Brønsted-Lowry . Si bien el dióxido de silicio es poco soluble en agua a pH bajo o neutro (típicamente, 2 × 10⁻⁴ M para el cuarzo hasta 10⁻³ 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 que se atasque el tapón, preservar la integridad del recipiente y evitar la contaminación indeseable por aniones de silicato. [ 66 ]

El dióxido de silicio se disuelve en álcali concentrado caliente o hidróxido fundido, como se describe en esta ecuación idealizada: [ 15 ]

SiO2+2NaOH⟶N / A2SiO3+H2O{\displaystyle {\ce {SiO2 + 2 NaOH -> Na2SiO3 + H2O}}}

El dióxido de silicio neutralizará los óxidos metálicos básicos (por ejemplo, óxido de sodio , óxido de potasio , óxido de plomo(II) , óxido de zinc o mezclas de óxidos, formando silicatos y vidrios a medida que se rompen sucesivamente los enlaces Si-O-Si en la sílice). [ 12 ] Como ejemplo, la reacción del óxido de sodio y SiO 2 puede producir ortosilicato de sodio , silicato de sodio y vidrios, dependiendo de las proporciones de los reactivos: [ 15 ]

2N / A2O+SiO2⟶N / A4SiO4;{\displaystyle {\ce {2 Na2O + SiO2 -> Na4SiO4;}}}
N / A2O+SiO2⟶N / A2SiO3;{\displaystyle {\ce {Na2O + SiO2 -> Na2SiO3;}}}
(0,25−0,8){\displaystyle (0.25-0.8)}N / A2O+SiO2⟶vaso{\displaystyle {\ce {Na2O + SiO2 -> vidrio}}}.

Ejemplos de estos vidrios tienen importancia comercial, por ejemplo, el vidrio de sosa-cálcica , el vidrio de borosilicato , el vidrio de plomo . En estos vidrios, la sílice se denomina formador de red o formador de celosía. [ 12 ] La reacción también se utiliza en altos hornos para eliminar impurezas de arena en el mineral mediante neutralización con óxido de calcio , formando escoria de silicato de calcio .

Haz de fibras ópticas compuesto de sílice de alta pureza

El dióxido de silicio reacciona en reflujo caliente bajo nitrógeno 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. [ 67 ] Los silicatos son esencialmente insolubles en todos los disolventes polares excepto el metanol .

El dióxido de silicio reacciona con el silicio elemental a altas temperaturas para producir SiO: [ 12 ]

SiO2+Si⟶2SiO{\displaystyle {\ce {SiO2 + Si -> 2 SiO}}}

Solubilidad en agua

"La solubilidad es prácticamente cero a temperaturas inferiores a 200 grados C y aumenta hasta un máximo de 0,20 partes de sílice por cada 100 partes de agua a 360 grados C." [ 68 ]

La solubilidad del dióxido de silicio en agua depende en gran medida de su forma cristalina y es de tres a cuatro veces mayor para la sílice amorfa que para el cuarzo; en función de la temperatura, alcanza su valor máximo alrededor de los 340 °C (644 °F) . [ 69 ] Esta propiedad se utiliza para cultivar 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. Se pueden cultivar cristales de 0,5 a 1 kg en 1 a 2 meses. [ 12 ] Estos cristales son una fuente de cuarzo muy puro para su uso en aplicaciones electrónicas. [ 15 ] Por encima de la temperatura crítica del agua de 647,096 K (373,946 °C; 705,103 °F) y una presión de 22,064 megapascales (3200,1 psi) o superior, el agua es un fluido supercrítico y la solubilidad es nuevamente mayor que a temperaturas más bajas. [ 70 ]       

Efectos sobre la salud

Arena de cuarzo (sílice) como materia prima principal para la producción comercial de vidrio.

Un estudio de 2024 en la Universidad McMaster mostró que la exposición prolongada al dióxido de silicio por ingestión oral altera significativamente la función de las células inmunitarias, [ 71 ] mientras que 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 , afirmando que un aumento de 10  mg/día de sílice en el agua potable se asoció con una reducción del riesgo de demencia del 11 %. [ 72 ]

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, reduciendo la capacidad pulmonar. [ 73 ] Cuando se inhalan partículas finas de sílice en cantidades suficientemente grandes (como por ejemplo a través de la exposición laboral), aumenta el riesgo de enfermedades autoinmunes sistémicas como el lupus [ 74 ] y la artritis reumatoide en comparación con las tasas esperadas en la población general. [ 75 ]

Riesgo laboral

La sílice representa un riesgo laboral para quienes realizan trabajos de arenado o manipulan productos de sílice cristalina en polvo. La sílice amorfa, como la sílice pirogénica, puede causar daño pulmonar irreversible en algunos casos, pero no se asocia con el desarrollo de silicosis. Los niños, los asmáticos de cualquier edad, las personas con alergias y los ancianos (todos con capacidad pulmonar reducida ) pueden verse afectados en menos tiempo. [ 76 ]

La sílice cristalina es un riesgo laboral para quienes trabajan con encimeras de piedra , ya que el proceso de corte e instalación de las mismas genera grandes cantidades de sílice en suspensión en el aire. [ 77 ] La sílice cristalina utilizada en la fracturación hidráulica representa un riesgo para la salud de los trabajadores. [ 34 ]

Fisiopatología

En el organismo, las partículas de sílice cristalina no se disuelven durante periodos clínicamente relevantes. Los cristales de sílice en los pulmones pueden activar el inflamasoma NLRP3 en macrófagos y células dendríticas , lo que da lugar a la producción de interleucina , una citocina altamente proinflamatoria del sistema inmunitario. [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]

Regulación

Las regulaciones 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. [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]

En 2013, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. redujo el límite de exposición a 50 μg /m³ de aire. Antes de 2013, permitía 100  μg/m³ e incluso 250  μg/m³ para los trabajadores de la construcción . [ 34 ] En 2013, la OSHA también exigió la "terminación ecológica" de los pozos fracturados para reducir la exposición a la sílice cristalina y restringir el límite de exposición. [ 34 ]

Formas cristalinas

El SiO₂ , más que casi cualquier otro material, existe en muchas formas cristalinas. Estas formas se denominan polimorfos .

Seguridad

La inhalación de sílice cristalina finamente dividida puede provocar inflamación grave del tejido pulmonar , silicosis , bronquitis , cáncer de pulmón y enfermedades autoinmunes sistémicas , como lupus y artritis reumatoide . La inhalación de dióxido de silicio amorfo , en dosis altas, produce inflamación transitoria y no permanente, cuyos efectos remiten. [ 102 ]

Otros nombres

Esta lista extendida enumera sinónimos de dióxido de silicio; todos estos valores provienen de una sola fuente; los valores en la fuente se presentaron en mayúsculas. [ 103 ]

  • CAS 112945-52-5
  • Acitcel
  • Aerosil
  • Polvo de sílice amorfa
  • Aquafil
  • CAB-O-GRIP II
  • CAB-O-SIL
  • CAB-O-SPERSE
  • Catalogar
  • Sílice coloidal [ 104 ]
  • dióxido de silicio coloidal
  • Dicalita
  • Insecticida DRI-DIE 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

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 Haynes WM, ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92.ª  ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press . ISBN 1-4398-5511-0.
  2. 1 2 3 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0552" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  3. 1 2 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0682" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  4. 1 2 Zumdahl, Steven S. (2009). Principios de química, 6.ª ed . Houghton Mifflin Company. pág. A22. ISBN  978-0-618-94690-7.
  5. ↑ Iler RK (1979). La química de la sílice . Nueva York: Wiley. ISBN 9780471024040.
  6. 1 2 Fernández LD, Lara E, Mitchell EA (2015). "Lista de verificación, diversidad y distribución de amebas testadas en Chile" ( PDF) . European Journal of Protistology . 51 (5): 409– 24. doi : 10.1016/j.ejop.2015.07.001 . PMID 26340665. Archivado (PDF) del original el 10-10-2022. 
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