Двуокись кремния. Е551 (Диоксид кремния) — действие на организм человека, польза и вред

Диоксид кремния SiO 2 встречается в природе в трех различных кристаллических формах: в видекварца, тридимита и кристобалита. Кроме того, содоржащая воду (в форме геля), она существует в виде опала, а также в землистой форме как кизельгур.

Кварц − кристаллическая форма диоксида кремния, устойчивая при температуре ниже 870 °С. В интервале температур 870 и 575 °С кварц принадлежит к трапецоэдрической гемиэдрии гексагональной системы; ниже 575°С к трапецоэдрической гемиэдрии тригональной системы. Нередко кварц встречается в форме чрезвычайно хорошо образованных кристаллов, иногда значительной величины. Кварц обладает двойным лучепреломлением. Он истречается в двух формах, из которых одна вращает плоскость поляризации вправо, другая − влево. Поэтому различают левый и правый кварц.

Разновидности кварца: горный хрусталь прозрачный как вода; дымчатый кварц (называемый также дымчатым топазом) темно-коричневый; морион черный; цитрин желтый; розовый кварц; хризопраз цвета зеленого лука; аметист (большей частью) фиолетовый. Как драгоцеипый камень особенно часто используют аметист в виде очень прозрачных кристаллов. Кварц принадлежит к числу чрезвычайно распространенных минералов. Очень часто он встречается в качестве составной части изверженных горных пород (гранита, порфира, липарита) и кристаллических сланцев (гнейса, слюдяного сланца). Среди осадочных пород из прозрачных зернышек кварца состоят песчаник и кварцит, а такжо некоторые носки (кварцевый песок).

Тридимит является стабильной модификацией кристаллического диоксида кремния в интервале температур 870−1470 °С; однако он встречается также и при обычной температуре, но в метастабильной форме. Эта форма диоксида кремния тоже часто встречается в природе как в метеоритах, так и в горных породах, однако в очень небольших количествах.

Но она представляет интерес, поскольку ее присутствие в горных породах может дать сведения об истории их возникновения.

Кристобалит (названный по имени горы San Сristobal в Мексике) представляет собой форму диоксида кремния, устойчивую выше 1470 °С и до температуры плавления. Ниже точки превращения в отсутствие ускоряющих превращение растворителей кристобалит метастабилен. В природе он иногда встречается в виде мелких, кристалликов, включенных в лаву. В общем его месторождения подобны месторождениям тридимита.

Диоксид кремния в форме кристобалита плавится при 1705 °С. Кварц плавится приблизительно на 150 °С ниже. Охлажденный плав остается в стекловидном аморфном состоянии. Стекловидный диоксид кремния при обычной температуре также метастабильный. При продолжительном и сильном нагревание происходит медленная кристаллизация («расстекловывание»). В связи со сказанным выше вполне понятно, почему в отсутствие минерализаторов кристаллизация приводит к образованию кристобалита.

Как показали рентгеновские исследования, аморфный застывшый в виде стекла диоксид кремния (кварцевое стекло) построен не из молекул SiO 2 , а из атомов Si, связанных через атомы О таким образом, что образуется сетчатая структура. Она состоит из атомов кислорода, расположенных в виде тетраэдров вокруг каждого атома кремния; как и в кристаллических модификациях, тетраэдры имеют общие углы. Однако в кварцевом стекле тетраэдры SiO 4 расположены не закономерно, как в кристаллических модификациях, а совершенно беспорядочно. Кварцевое стекло обладает чрезвычайно малым коэффициентом расширения, который при 100 °C равен 5,85∙10 -7 , при 500 °C 6,2∙10 -7 и при 1000 ºC 5,45∙10 -7 .

Обезвоживанием осажденных из водных растворов кремневых гелей можно получить аморфный диоксид кремния в виде белого порошка. Однако полное обезвоживание происходит с большим трудом. В природе диоксид кремния встречается в обезвоженной форме в виде кизельгура. Он состоит из остатков кремневых панцырей «инфузорий» (диатомовых водорослей), живших в глубокой древности, и поэтому называется также инфузорной землей. Он обладает исключительной способностью впитывать жидкости и поэтому его применяют в качестве упаковочного материала для баллонов с кислотами. Пропитыванием кизельгура нитроглицерином (причем кизельгур может впитать тройное количество нитроглицерина по сравпению с собственным весом) получают гурдинамит. Ввиду высокой теплоизоляционной способности кизельгур применяют для обкладки паровых труб. Кроме того, его используют в качестве звукоизоляционных покрытий, а также для многих других целей.

В форме компактных ксеровелей диоксид кремния встречается в природе в виде минерала опала. Красивые экземпляры его используют в качестве драгоценных камней.

Осажденный обычным образом диоксид кремния и ее гели, в общем, не дают рентгеновской интерференции, которая указывала бы на кристаллическую структуру. То же относится и к опалам, образующимся при обычной температуре при выделении SiO 2 из воды. Напротив, образованные из горячих магматических вод опалы в зависимости от их происхождения показывают интерференцию, характерную для кристобалита или для кварца.

Халцедон − это минерал, возникший в результате старения опала. В соответствии с этим он беднее водой, чем опал (часто совершенно безводный), и уже обычными средствами можно обнаружить его кристаллическую структуру. Под микроскопом, особенно в поляризованном свете видно его волокнистое строение. Разновидностями халцедона является агат, оникс, карнеол, гелиотроп и яшма, используемые в качестве драгоценных камней, а также кремень, который служил в каменном веке для изготовления инструментов и оружия, а позднее для добывания огня. В настоящее время его также применяют, например, в шаровых мельницах и в керамике. Окраска этих минералов вызывается незначительными примесями, присутствующими в них; так, кремень окрашен в черный цвет примесью угля.

Аморфный диоксид кремния (как осажденный в виде порошка, так и стекловидный) полностью переходит в кварц при многодневном нагревании при 400−500 °С в автоклавах с раствором карбоната натрия. То же относится к тридимиту и кристобалиту.

Диоксид кремния с химической точки зрения представляет собой чрезвычайно устойчивое вещество. Из кислот его может растворять только плавиковая, вступающая с диоксидом кремния во взаимодействие с образованием тетрафторида кремния или кремнефтористоводородной кислоты. В воде диоксид кремния практически нерастворим. Являясь ангидридом кремневой кислоты, он легко переходит в силикат при сплавлении со щелочами:

SiO 2 + 2NaOH → Na 2 SiO 3 + H 2 O

Аналогичным образом он реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов, выделяя при этом диоксид углерода:

SiO 2 + Na 2 СО 3 → Na 2 SiO 3 + СO 2 .

Аморфный диоксид кремния можно легко перевести в раствор кипячением с растворами гидроксидов или карбонатов щелочных металлов; при этом образуются растворимые в воде силикаты щелочных металлов.

Диоксид кремния в виде кварцевого песка находит самое широкое применение. В строительном деле его добавляют в известковый раствор и примешивают к цементу. Самый чистый кварцевый песок применяют в стекольном и фарфоровом производствах. Из спеченного при высокой температуре кварца (при этом перешедшего в кварцевое стекло) изготовляют химическую посуду, исключительно устойчивую к резким изменениям температуры (вследствие очень малого коэффициента расширения кварцевого стекла) и выдерживающую нагревание до очень высоких температур. Еще в большей степени это относится к совершенно прозрачной посуде, изготовленной из полностью расплавленного кварца. Однако при работе с такой посудой следует учитывать чувствительность кварцевого стекла к щелочам. Раньше одна из главных трудностей при работе с кварцевым стеклом заключалась в том, чтобы при тех высоких температурах (иблизи точки плавления кварца), при которых должно проводиться выдувание этих приборов, предотвратить кристаллизацию, вызываемую следами щелочей. Для этого достаточно уже тех ничтожных количеств, которые можно нанести на материал, дотронувшись до него перед плавлением и выдуванием потной или сальной рукой. Постепенная кристаллизация кварцевого стекла наступает также при работе с кварцевыми изделиями. «Расстекловывание» (помутнение) наступает тем быстрее, чем выше температуры, которым подвергалось кварцевое стекло в процессе работы. Прозрачный горный хрусталь применяют для изготовлепия оптических приборов и украшений. Как было указано ранее, для украшений применяют также и некоторые упомянутые выше разновидности кварца.

Популярные статьи

Похудение не может быть быстрым процессом. Главная ошибка большинства худеющих в том, что они хотят получить потрясающий результат за несколько дней сидения на голодной диете. Но ведь вес набирался не за несколько дней! Лишние килограммы н...

Диоксид кремния (silica, Silicon dioxide, кремнезем) - вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладающих высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью. Диоксид кремния устойчив к воздействию кислот и не взаимодействует с водой. При повышении температуры реакции вещество взаимодействует со щелочами, растворяется в плавиковой кислоте, является прекрасным диэлектриком.

В природе диоксид кремния распространен довольно широко: кристаллический оксид кремния представлен такими минералами как яшма, агат (мелкокристаллические соединения двуокиси кремния), горный хрусталь (крупные кристаллы вещества), кварц (свободная двуокись кремния), халцедон, аметист, морион, топаз (окрашенные кристаллы диоксида кремния).

В обычных условиях (при естественной температуре окружающей среды и давлении) существуют три кристаллических модификации диоксида кремния - тридимит, кварц и кристобалит. При повышении температуры диоксид кремния сначала превращается в коэсит, а затем - в стишовит (минерал, обнаруженный в 1962 году в метеоритном кратере). Согласно исследованиям, именно стишовит - производное вещество диоксида кремния - выстилает значительную часть мантии Земли.

Химическая формула вещества - SiO 2

Получение диоксида кремния

Диоксид кремния промышленным способом получается на кварцевых заводах, производящих чистый кварцевый концентрат, который затем используется в химической и электронной промышленности, в производстве оптики, наполнителей для резиновых и лакокрасочных изделий, изготовлении ювелирных украшений и т.д. Природный диоксид кремния, иначе называемый кремнеземом, широко применяется в строительстве (бетон, песок, звуко- и теплоизолирующие материалы).

Получение диоксида кремния синтетическим способом осуществляется с помощью воздействия кислот на силикат натрия, в некоторых случаях - на иные растворимые силикаты или методом коагуляции коллоидного кремнезема под воздействием ионов. Кроме того, диоксид кремния получают путем окисления кремния кислородом при температуре около 500 градусов Цельсия.

Применение диоксида кремния

Кремнийсодержащие материалы нашли широкое применение как в области высоких технологий, так и в повседневной жизни. Диоксид кремния используется в производстве стекла, керамики, изделий из бетона, абразивных материалов, а также в радиотехнике, ультразвуковых установках, зажигалках и т.д. В сочетании с рядом ингредиентов диоксид кремния применяется в изготовлении волоконно-оптических кабелей.

Непористый аморфный диоксид кремния используется также в пищевой промышленности в качестве добавки, зарегистрированной под номером Е551, препятствующей комкованию и слеживанию основного продукта. Диоксид кремния пищевой используется в фармацевтической промышленности в качестве лекарственного препарата-энтеросорбента, в производстве зубных паст. Вещество встречается в составе чипсов, сухариков, кукурузных палочек, растворимого кофе и т.д.

Вред диоксида кремния

Официально подтверждено, что вещество диоксида кремния проходит через желудочно-кишечный тракт неизменным, после чего полностью выводится из организма. Согласно 15-летним исследованиям французских специалистов употребление питьевой воды с высоким содержанием пищевого диоксида кремния снижает риски развития болезни Альцгеймера на 10%.

Таким образом, информация о вреде диоксида кремния, являющегося химически инертным веществом, ложна: пищевая добавка Е551, употребляемая внутрь пероральным путем, полностью безопасна для здоровья.

Общая характеристика и получение

Вещество Е551 известно под многими названиями. Это кремнезем, белая сажа и аэросил. В природе мы знаем его как кварцевые частички песка, кристаллы опала и горного хрусталя. Если не требуется особая чистота сырья, то кремниевый диоксид получают из природного кварца путем сплавления со щелочами. Для применения в лекарствах и продуктах получают синтетическую форму Е551, разлагая кремниевый пар в присутствии кислорода при высоких температурах.

Природный кремниевый диоксид выглядит как твердые бесцветные кристаллы. Вещество, полученное синтетическим путем – это голубоватый порошок из мелких рыхлых гранул. Он не растворяется ни в воде, ни в спиртах, ни в кислотах. Чтобы его расплавить, требуются очень высокие температуры. Молекула Е551 обладает большой поверхностью с рыхлой структурой, без жесткой кристаллической решетки. Это обусловливает аморфность вещества. При попадании в организм оно не всасывается и быстро выводится естественным путем, не изменяясь.

Назначение

Аморфность Е551, то есть специфичное состояние его молекулярной кристаллической решетки, обусловило способность вещества прочно присоединять к себе молекулы других веществ. Ему нашли применение как разделителю жидких сред, разрыхлителю, осветлителю, антивспенивающему агенту.

Прекрасные адсорбирующие свойства Е551 делают его отличным осветлителем пива. Вещество способно втягивать молекулы, которые способствуют помутнению напитка. При этом молекулы, стабилизирующие пену, остаются в пиве.

Способность втягивать влагу обусловила предназначение Е551 препятствовать созданию комков и слеживанию разных сыпучих продуктов – от сахара и соли до пивных закусок и мелких глазированных сладостей. Благодаря этому же свойству добавки удается сохранить текстуру тертого или нарезанного ломтиками сыра.

Отсутствие жесткой кристаллической структуры делает вещество удобной матрицей для создания лекарств с определенными свойствами. Как вспомогательный компонент его включают в состав таблеток и суппозиториев, стоматологических материалов для пломб.

Влияние на организм человека: польза и вред

Преимущества и недостатки Е551 связаны с особенностью строения молекулы этого вещества. С одной стороны – это прекрасный абсорбент, если попадает внутрь организма. С другой – при оседании на слизистых оболочках дыхательных путей он тоже оказывает абсорбирующее действие, чем сильно раздражает ткани и вызывает воспаление.

Особенно полезен диоксид кремния в фармацевтике. Во многих странах он внесен в нормативные документы (фармакопеи), где регламентируются требования к качеству лекарств. Вещество способно замедлять выход биоактивных веществ из проглоченной таблетки или капсулы. Оно помогает сделать мазь гуще, а суспензию или линимент – стабильнее, предотвращает порчу сухих экстрактов. Известен в качестве основного компонента препарата Полисорб.

Проведенные французскими исследователями наблюдения показали, что если в природной воде много Е551, у населения, которое ее пьет, значительно снижается риск болезни Альцгеймера.

Опасность Е551 связана с неосторожным вдыханием частиц этого вещества. Они раздражают слизистые оболочки и могут стать причиной сильных воспалительных процессов в дыхательных путях. Молекулы вещества способны вступать в реакции с другими элементами, провоцируя серьезные заболевания бронхов и легких.

Использование и применение

В пищевой отрасли Е551 применяется как вещество-абсорбент, которое втягивает избытки влаги при добавлении к сыпучим продуктам и мелким сухим изделиям – закусочным или кондитерским, которые тоже можно насыпать. Е551 не дает слеживаться и портиться муке, соли, сахару, пряностям и приправам. Добавка препятствует комкованию и слеживанию разных мелких снеков и сухариков, орешков и чипсов, глазированных сладостей.

Вещество улучшает и стабилизирует структуру вина и пива, некоторых соков. Выступает фильтрующим агентом при производстве растительных масел. Его добавляют в сыр, натертый или нарезанный ломтиками, для сохранения текстуры изделия.

Е551 необходим при изготовлении зубной пасты, вещество есть в составе минеральной косметической пудры и сухих румян. Широко применяется добавка в фармацевтической отрасли, где входит в состав препаратов-энтеросорбентов, улучшает структуру лекарственных мазей и линиментов, выступает наполнителем в таблетках.

Вещество используют при изготовлении бумаги и картона для упаковки пищевых продуктов. В промышленности его применяют для производства стекла, волоконной оптики, красок и лаков, защитных химикатов для растений, авиационных деталей.

В готовой пищевой продукции содержание Е551 не должно превышать 30 г в расчете на килограмм изделия (табл. 1).

Таблица 1 – Норма содержания пищевой добавки Е551 диоксида кремния в продуктах согласно СанПиН 2.3.2.1293-03 от 26.05.2008

Законодательство

В России, Украине, а также других странах Европы и Азии, В США добавка разрешена.

Российское законодательство регламентирует применение Е551 в пищевых продуктах на основании СанПиН 2.3.2.1293-03 от 26.05.2008:

• п. 3.5.1. Гигиенических регламентов применения пищевых добавок, препятствующих слеживанию и комкованию.

Использование Е551 предусмотрено ГОСТ Р 54649-2011. «Консервы молокосодержащие сухие. Технические условия», ГОСТ 34145-2017 «Добавки пищевые. Агенты антислеживающие пищевой продукции. Термины и определения».

Таблица 2 – Норма содержания пищевой добавки Е551 в продуктах согласно Codex Alimentarius (ФАО и ВОЗ, 2007)

Промышленное производство продуктов питания, медикаментов и косметических средств не обходится без использования вещества под названием диоксид кремния. Он зарегистрирован под индексом Е551, относится к группе эмульгаторов и параллельно выполняет функции антислеживающего агента.

Описание вещества

Основная технологическая функция диоксида кремния – это проявлять свойства антислеживающего агента. В продукты его добавляют с целью придания им сыпучести и для предотвращения их комкования.
Добавка Е551 являет собою бесцветные кристаллы, которые являются тугоплавкими, очень твердыми и прочными. С водной средой не взаимодействует и проявляет стойкость при контакте со многими кислотами, кроме плавиковой.
Химическая формула диоксида кремния выглядит, как SiO2.

Применение

Высокие эмульгирующие и антислеживающие качества позволяют использовать диоксид кремния в различных сферах, и при этом он считается абсолютно безвредным.

На заметку! Большинство отраслей, где применяют данную добавку, относятся к нашей повседневной жизни и встретить его можно в составе довольно привычных для нас продуктов.

Пищевая промышленность

В состав продуктов продовольственного назначения добавляют диоксид кремния аморфный.

Этот компонент участвует в производстве:

• растворимого кофе;
• чипсов;
• палочек из кукурузной муки;
• сухариков;
• приправ;
• пряных смесей;
• сахара;
• соли;
• муки;
• сыров;
• кондитерских изделий;
• алкогольной продукции.

Медицина

Диоксид кремния коллоидный нашел свое место в области медицины и фармацевтики, где он играет роль энтеросорбента. Данное вещество представлено в виде рыхлого порошка, окрашенного в белый либо бело-голубой цвет. Он лишен запаха, а если погрузить его в воду и взболтать, то будет образована взвесь.
Данная форма добавки Е551 используется при изготовлении лекарственных препаратов не только для внутреннего, но и для наружного применения, действие которых направлено на терапию:

• гнойных ран;
• маститов;
• флегмон и прочих заболеваний гнойно-воспалительного характера.

При приеме внутрь коллоидный диоксид кремния не причиняет вреда, так как он не расщепляется и выводится из организма в первоначальном состоянии. При этом микрофлора желудочно-кишечного тракта не меняется и все ее компоненты каким-либо изменениям не подвергаются.

Косметология

Диоксид кремния встречается в косметике, где его могут применять в качестве базового компонента либо вспомогательного вещества. Он проявляет матирующий эффект, вбирая в себя излишки кожного сала, выравнивает цвет лица и помогает устранить мелкие морщины.

На заметку! Косметические средства с добавкой Е551 рекомендованы при жирном и комбинированном типе кожи и подходят для всех возрастов!

Кроме того, будучи в составе кремов, лосьонов, пудры и тонизирующих средств, данное вещество не только устраняет блеск, но и помогает устранить отмершие клетки. Оно способствует интенсивной регенерации кожи и ее скорейшему обновлению.

Влияние на здоровье

Диоксид кремния является представителем 3 класса опасности – вещество умеренно-опасное. Однако причинить вред нашему здоровью способна лишь его пыль и только при условии ее вдыхания в больших количествах.
Будучи в составе продуктов и медикаментов, диоксид кремния как коллоидный, так и амфорный вредного влияния на организм оказать не способен, так как он не всасывается в желудочно-кишечном тракте и, минуя его, выходит неизменным.

Все материалы на сайте сайт представлены исключительно для ознакомления в информационных целях. Перед применением любых средств консультация с врачом ОБЯЗАТЕЛЬНА!

Поделитеcь с друзьями.