二氧化硅，是一种无机化合物，化学式为SiO2，硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成非晶态二氧化硅。1

二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的四个顶角上，许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连，每个氧原子为两个四面体共有，即每个氧原子与两个硅原子相结合。1

二氧化硅的最简式是SiO2，但它并不代表一个简单分子（仅表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比）。1

纯净的天然二氧化硅晶体，是一种坚硬、脆性、不溶的无色透明的固体，常用于制造光学仪器等。1

简介

二氧化硅是一种无机化合物，其为原子晶体，化学式为SiO2代表的是二氧化硅中硅氧原子个数比，并不是分子式。

二氧化硅的化学式为SiO2，有晶态和无定形两种形态。2硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成非晶态二氧化硅2。硅氧共价键(Si-O)是自然界发现强度最高的化学键之一，二氧化硅中连接硅氧原子的Si-O共价键的强度很高，因此二氧化硅通常表现出诸多优良的物理性质，同时二氧化硅也具备很高的化学稳定性3。

自然界中存在的二氧化硅如石英、石英砂等统称硅石。2

纯石英为无色晶体，大而透明的棱柱状石英晶体叫作水晶，含微量杂质而呈紫色的叫紫水晶，浅黄、金黄和褐色的称烟水晶。2玉髓、玛瑙和碧玉都是含有杂质的有色石英晶体。沙子是混有杂质的石英细粒。蛋白石、硅藻土则是无定形二氧化硅。2

二氧化硅用途很广泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等，在古代，二氧化硅也用来制作瓷器的釉面和胎体。2

一般的石头主要由二氧化硅、碳酸钙等成分构成。2晶态二氧化硅的熔点1723℃，沸点2230℃，不溶于水。除氟气和氢氟酸外，二氧化硅跟卤素、卤化氢和无机酸均不反应，但能溶于热的浓碱、熔融的强碱或碳酸钠中。2

此外，高温时二氧化硅能被焦炭、镁等还原。常温时强碱溶液与SiO2会缓慢反应生成硅酸盐，故贮存强碱溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞（玻璃中含SiO2），否则会生成有黏性的硅酸钠Na2SiO3，使瓶塞和瓶口黏结在一起。由于SiO2能与氢氟酸反应，因此不能用玻璃容器盛放氢氟酸。2

理化性质

物理性质

二氧化硅形成一系列不同的同质多象变体，如石英、方石英和鳞石英，此外还有奇石英、柯石英和斯石英。特别是低温石英，其简称为石英，是其中最常见的一种，并且是地球外壳的主要组分之一。

常见的石英在常压条件下可发生晶型转变形成多种不同的变体，分别是：低温石英、高温石英、低温鳞石英、中温鳞石英、高温鳞石英、低温方石英、高温方石英、奇石英、柯石英、斯石英等。不同晶型二氧化硅的物理性质如表14所示5。二氧化硅的不同晶型之间的转变分为两种类型：一、涉及化学键的破坏与形成的重建型转变，这种转变发生在不同种类晶态二氧化硅之间，转化速度慢；二、同一晶体结构的高、低温型之间的位移型转变，过程中不涉及化学键的断裂与生成，具有转变迅速且可逆的特点6。

|| || 表1. 不同晶型二氧化硅的物理性质

|| || 表2. 二氧化硅物理性质

化学性质

二氧化硅化学性质稳定，不能与水发生反应生成H2SiO4；

卤素元素中只能与氟（F）发生反应：

7

只能在高温下被适量碳（C）、镁（Mg）还原：

与C反应得到SiC,俗称“金刚砂”：

8

与Mg反应得到MgO：

二氧化硅是酸性氧化物，和一般酸类不发生反应，唯一发生反应的酸为氢氟酸，反应如下：

2

2

高温条件下浓磷酸（又称焦磷酸）、熔融硼酸和硼酐也可腐蚀二氧化硅，鉴于此性质，硼酸盐可以用于陶瓷烧制的助熔剂2；

二氧化硅是酸性氧化物，跟热的浓强碱溶液或熔融的碱反应生成硅酸盐和水：

2

2

二氧化硅是酸性氧化物，跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐

2

化学结构

硅和碳的性质相似，但它们氧化物的性质却有很大差异。CO2是分子晶体，而SiO2是原子晶体。SiO2是以硅氧四面体为基本结构形成的立体网状结构，在晶体结构中，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，Si原子处在正四面体中心，O原子位于四面体顶点。

每个硅原子与四个氧原子相连，每个氧原子与两个硅原子相连。晶体中最小环由12个原子（6个硅原子和6个氧原子）构成，每个硅被12个环所共用，晶体中硅氧原子个数比为1:2。如图2所示2

自然分类

在沉积岩中，二氧化硅矿物主要出现于碎屑岩和硅质岩中。它既可作为陆源矿物，也可呈自生矿物出现。这两种二氧化硅矿物的成因极不相同，必须把它们区分开来。9

陆源矿物

陆源矿物即碎屑石英颗粒。有些碎屑石英颗粒含有包裹体，其包裏体可以分为气液包裏体和矿物包裹体两类。矿物包裹体又可根据矿物的晶形分为粒状、针状和片状矿物等。包裹体的类型与石英的来源有关。

一般地说，气液包裹体多者（乳状石英）几乎都是来自石英脉；片岩及其他高级变质岩中的石英少见气液包裹体；火山岩中的石英常清澈如水，很少含包裹体；而具金红石针状包裹体者多来自花岗岩。但是，由于包裹体在母岩中的产状比较复杂，颗粒非常细小，鉴定又难，故其应用颇受限制。9

根据石英的消光特征，可以将它分为无波状消光石英和波状消光石英两类。波状消光是一种应变晶体的简单的光性表现，大多数岩石无论在结晶过程中或是在晶体形成之后，都会遭受某种变形。9

据统计，在深成侵入岩和变质岩中，无波状消光的石英是很少的，一般不到10%；反之，在火山岩中，则很少见到波状消光的石英，一般也不到10%。9

随着时代的变老，波状消光石英的含量也相应增加，因此石英的消光特征并不是母岩类型的可靠标志，甚至有人认为，用波状消光来确定母岩性质是无效的。9

根据石英的内部结构，又可将它分为单晶石英和多晶石英（又称复晶石英）。单晶石英指的是由单个晶体所组成的颗粒，而多晶石英指的是两个或更多个晶体的集合体，包括来自火成岩、变质岩和沉积岩的颗粒。一般来说，多晶石英的颗粒都比较大，且多晶形式是比较不稳定的。9

自生矿物

自生二氧化硅矿物有三种变体，即蛋白石、玉髓和石英。此类矿物既可以单独组成岩石，又可以呈胶结物产出。9

**Ⅰ.**蛋白石

蛋白石是直接从水溶液析出SiO2，胶体脱水而成的，因而是非晶质的，含水量很高（可达10%）。在薄片中，蛋白石无色透明，具负高突起。由于色散效应，在蛋白石与树胶或石英接触处显黄色。无解理，正交镜下全消光。

蛋白石易与火山玻璃碎屑相混，但玻屑具特殊外形，其折光率不会低于1.490。蛋白石也容易和方沸石相混，但方沸石具有解理。

与萤石的区别是，萤石有晶形且具解理。蛋白石是准稳定矿物，容易重结晶向玉髓转变。因此，它仅存在于年轻地层中。9

**Ⅱ.**玉髓

玉髓是隐晶质的SiO2矿物，是由蛋白石结晶而成的，故其是介于蛋白石和石英之间的过渡类型。在薄片中，玉髓无色透明，负低突起。正交镜下可见纤维状晶体，呈花瓣或扇状集合体，转动物台，玉髓纤维依次达到消光位，消光影呈波浪状移动，这种消光特点称扇状消光。有时玉髓为球状集合体，十字消光。Ⅰ级灰干涉色，主要为平行消光。9

福克曾提出要特别注意碳酸盐岩中一种自生玉髓的类型，它可以用以判断沉积环境和成岩环境。福克将这类玉髓分为负延性玉髓（负玉髓）、正延性玉髓（正玉髓）、水玉髓和斑状玉髓。前者为淡水环境沉积或交代的产物，一般玉髓多属此类。后三种玉髓可能是在蒸发环境中SiO2直接沉淀的，或是SiO2交代蒸发矿物形成的。9

**Ⅲ.**石英

自生石英多是由蛋白石经玉髓阶段重结晶而来，也有从溶液中直接缓慢沉淀而成的。自生石英的主要特征是外形没有任何磨蚀痕迹，彼此间常呈镶嵌状，有时呈自形晶体，有时外形与其所在空间相适应。9

自生石英呈次生加大边产出，次生加大边光洁透亮，与所围绕的石英颗粒的成分、光性方位相同，但它们之间常有一圈铁或黏土的薄膜分隔。9

人工制备

非晶态二氧化硅

非晶态二氧化硅的制备包含五步，分别是制备二氧化硅质的凝胶、造粒工序、烧结工序、清洗工序、干燥工序。10

|| || 非晶态二氧化硅的制备方法

来源: 百度百科

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