ประโยชน์ของ ซิลิกา ( Silica / SiO2 ) และการนำไปใช้ประโยชน์
ซิลิกา หรือ ซิลิกอนไดออกไซด์ ( SiO2 )
เป็นสารประกอบของซิลิกอน และออกซิเจน มีลักษณะเป็นผลึก ไม่มีสี หรือเป็นผลึกสีขาว ไม่มีกลิ่น และรส พบมากในดิน หิน และเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับ 2 บนเปลือกโลกรองจากออกซิเจน และถูกนำมาใช้ประโยชน์ในหลายด้าน อาทิ เป็นสารดูดซับความชื้น เป็นสารเพิ่มความเงา เป็นส่วนผสมของวัสดุก่อสร้าง และใช้เป็นสารเพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ เป็นต้น
คุณสมบัติทั่วไป ของ ซิลิกา ( Silica / SiO2 )
ชื่อทั่วไป : silica, quartz, free crystalline silica, silica flour, silica
สูตรโมเลกุล : SiO2
น้ำหนักโมเลกุล : 60.1
สถานะ : ของแข็งสีขาว ไม่มีกลิ่น
ความถ่วงจำเพาะ : 2.2-2.6
จุดเดือด : มากกว่า 2200 °ซ
จุดหลอมเหลว : 1713 °ซ
การละลาย :
– ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้น้อย
– ไม่ละลายในกรดทุกชนิด ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก
– ละลายได้โดยการหลอมกับด่าง
การติดไฟ : ไม่ลุกติดไฟ
ซิลิกา ( Silica / SiO2 )
เป็นสารประกอบของธาตุซิลิกอน ( Si ) และธาตุออกซิเจน ( O ) มีการจัดเรียงตัวแบบเตตระฮีดรอล ( Tetrahedral ) แบบตาข่าย 3 มิติแบบไม่รู้จบ โดยมีซิลิกอนเป็นอะตอมกลาง และล้อมรอบด้วย 4 อะตอม ของออกซิเจน เป็น SiO 4 ซึ่งมีอะตอมของออกซิเจน การเปลี่ยนแปลงรูปของซิลิกาจะเกิดขึ้นได้ช้ามาก แต่จะเกิดขึ้นได้เร็วมากเมื่อหลอมรวมกับอัลคาไล ( alkali ), วานาเดต ( vanadate ), คลอไรด์ ( chloride ) และบอเรตท์ ( borate ) แต่จะไม่เปลี่ยนแปลงสมบัติทางกายภาพมากนัก แบ่งซิลิกาออกเป็น 6 ชนิด คือ
1. นีโซซิลิเกต ( Nesosilicate ) ( Si : O2 = 1 : 4 )
2. โซโรซิลิเกต ( Sorosilicate ) ( Si : O2 = 2 : 7 )
3. ไซโคลซิลิเกต ( Cyclosilicate ) ( Si : O2 = 1 : 3 )
4. ไอโนซิลิเกต ( Inosilicate ) ( Si : O2 = 4 : 11 )
5. ฟิลโลซิลิเกต ( Phyllosilicate ) ( Si : O2 = 2 : 5 )
6. เทกโทซิลิเกต ( Tectosilicate ) ( Si : O2 = 1 : 2 )
ควอตซ์ ซิลิกา ( Quartz Silica / SiO2 )
สมบัติทางเคมี ของ ซิลิกา ( Silica / SiO2 )
ซิลิกา ( Silica / SiO2 ) มีสมบัติทางเคมีที่ค่อนข้างเสถียรที่อุณหภูมิปกติ และไม่ทำปฏิกิริยาต่อสารเคมีหลายชนิด แต่สามารถเปลี่ยนรูปแบบได้ โดยซิลิกาชนิดอสัณฐานจะไวต่อปฏิกิริยามากกว่าซิลิกาชนิดผลึก เพราะซิลิกาอสัณฐานมีพื้นผิวมากกว่า
ส่วนสารละลายกรดจะไม่มีผลต่อซิลิกา ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริก ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับซิลิกาจนได้ H2SiF6 ทั้งนี้ ซิลิกาในรูปแบบที่ต่างกันจะเกิดปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริกได้ต่างกันขึ้นกับความหนาแน่นเป็นหลัก โดยซิลิกาที่มีความหนาแน่นสูงจะเกิดปฏิกิริยาได้น้อยกว่าซิลิกาที่มีความหนาแน่นต่ำ
รูปแบบ ซิลิกา ( Silica / SiO2 )
1. ซิลิกาผลึก ( Crystalline Silica )
เป็นซิลิกาที่พบในรูปแบบสินแร่ มีการจัดเรียงอะตอมของโครงสร้างอย่างมีระเบียบ และ
ต่อเนื่อง มีรูปร่างเป็นระบบผลึกที่แน่นอนภายใต้ความดันปกติ มี 3 รูปแบบ
- ควอตซ์ ( Quartz ) เป็นรูปที่พบมากที่สุด อุณหภูมิเสถียรน้อยกว่า 870 องศาเซลเซียส
- ไทรดิไมท์ ( Tridymite ) อุณหภูมิเสถียรที่ 870-1,470 องศาเซลเซียส
- คริสโตบาไลต์ ( Cristobalite ) อุณหภูมิเสถียรที่ 1470 องศาเซลเซียส และหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1,713 องศาเซลเซียส
ผลึกทั้งสามรูปนี้ สามารถจะเปลี่ยนไปมาระหว่างกันได้โดยการให้ความร้อนหรือลดอุณหภูมิ ซึ่งการเปลี่ยนแปลง ( Inversion ) นี้มี 2 รูปแบบ คือ แบบที่หนึ่งจะมีการจัดเรียงอะตอมภายในโครงสร้างใหม่ ส่วนแบบที่สองเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบรวดเร็ว พันธะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย แต่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้เร็ว โดย α-quartz ที่อุณหภูมิ 573 °C จะเปลี่ยนเป็น β-quartz ได้อย่างรวดเร็ว ส่วน Quartz ที่มีความบริสุทธิ์สูง ที่อุณหภูมิ 870 °C จะสามารถเปลี่ยนเป็น Cristobalite ได้ แต่หากมีสิ่งเจือปนสูง จะสามารถเปลี่ยนเป็น α-tridymite ที่อุณหภูมิ 870 °C และค่อยเปลี่ยนแปลงเป็น α-cristobalite ที่อุณหภูมิ 1,470 °C ต่อ และหากได้รับอุณหภูมิสูงประมาณ 1,713 °C ก็จะเกิดการหลอมเหลวขึ้น ส่วนในระหว่างการทำให้เย็นลง พบว่า Tridymite และ Cristobalite จะไม่เปลี่ยนมาเป็น Quartz ตามเงื่อนไขปกติ แต่จะมีการเปลี่ยนมาเป็น γ-tridymite และเปลี่ยนเป็น β-cristobalite อย่างรวดเร็ว ดังสมการด้านล่าง
- α Tridymite ⇌ 117-163 °C ⇌ β Tridymite
- α Cristobalite ⇌ 220-260 °C ⇌ β Cristobalite
- α Quartz ⇌ 573 °C ⇌ β Quartz
- Quartz high ⇌ 870 °C ⇌ Tridymite high ⇌ 1,470 °C ⇌ Cristobalite high
ไทรดิไมท์ ซิลิกา ( Tridymite Silica / SiO2 )
ผลึกทั้ง 3 ชนิด เป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ โดย Cristobalite ที่สามารถสังเคราะห์ได้ เช่น Keatite, Coesite, Stishovite และ Silica
| ชนิดซิลิกา | ระบบผลึก | ความหนาแน่น (g/cm3) |
| β-quartz | trigonal | 2.65 |
| α-quartz | hexagonal | 2.53 |
| γ-tridymite | orthorhombic | 2.26 |
| β-tridymite | hexagonal | – |
| α-tridymite | hexagonal | 2.22 |
| β-cristobalite | tetragonal | 2.32 |
| α-cristobalite | cubic | 2.2 |
2. ซิลิกาอสัณฐาน ( Amorphous Silica )
เป็นซิลิกาที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต (biogenic silica) และสามารถสังเคราะห์ขึ้นได้ มีลักษณะเป็นของแข็ง มีรูปไม่แน่นอน ไม่เป็นผลึก มีการจัดเรียงอะตอมภายในโครงสร้างไม่เป็นระเบียบ อาจอยู่ในรูปของไฮเดรต (Hydrate) หรือ แอนไฮเดรต (Anhydrate) มีพันธะหลายรูปแบบ เช่น siloxane ( Si-O-Si ), silonol ( Si-O-H ), silane ( Si-H ), Organic silicon ( Si-O-R หรือ Si-C-R )
การสังเคราะห์จะสามารถสังเคราะห์ได้จากการให้ความร้อนจนมีสภาวะเป็นไอ และการตกตะกอนสารละลาย แบ่งเป็น 3 ประเภท ตามลักษณะผลิตภัณฑ์ที่เตรียมได้ ได้แก่
1. วิเทรียสซิลิกา ( Vitreous Silica ) หรือ ซิลิกาแก้ว ( Silica Glass ) เป็นของแข็ง ไม่มีรูพรุน ผลิตได้จากการหลอมเหลวผลึกซิลิกาอสัณฐานแล้วปล่อยให้เย็นตัว
2. ซิลิกาเจล ( Silica Gel ) มีลักษณะแข็ง มีรูพรุนสูง มีโครงสร้างรูพรุนแบบเปิด และมีพื้นที่ผิวสูง แบ่งออกเป็น 4 ชนิดคือ
- อะควาเจล ( Aquagel ) มีลักษณะเป็นเจลเหลว ภายในมีน้ำมาก เตรียมได้จากสารละลาย
- อัลโคเจล ( Alcogel ) มีลักษณะเป็นเจล เตรียมได้จากอัลคอกซี-ไซเลน
- ซีโรเจล ( Xerogel ) มีลักษณะเป็นเจลแห้ง จากการกำจัดน้ำออกด้วยการระเหย มีโครงสร้างไม่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม
- แอโรเจล ( Aerogel ) มีลักษณะเป็นเจลแห้ง น้ำหรือตัวทำละลายถูกกำจัดด้วยวิธีสกัดแบบซูเปอร์คริติคอล เตรียมได้จากกระบวนการทำแห้ง ณ อุณหภูมิเหนือจุดวิกฤต
3. ซิลิกาผง ( Powder Silica ) เป็นซิลิกาที่เตรียมได้จากสภาวะกลายเป็นไอ และการตกตะกอนของสารละลายที่มีลักษณะการฟุ้งกระจายของอนุภาคสูง เมื่อตกตะกอนจะได้ซิลิกาที่มีมีขนาดเล็กมาก และมีพื้นที่ผิวสูง
- อะควาจีนิก ( Aquagenic ) เตรียมได้จากการตกตะกอนในสารละลายหรือจากอะควาเจล
- ไพโรจีนิก ( Pyrogenic ) เตรียมได้จากการระเหยของซิลิกาโดยใช้เปลวไฟหรือการอาร์ค ( Arc ) ในสภาวะที่ไม่มีก๊าซออกซิเจน และเกิดการรวมตัวกันทางกายภาพ หรือเกิดจากการรวมตัวกันทางเคมีของไอสารประกอบซิลิคอนจากเปลวไฟของไฮโดรเจนกับออกซิเจน
- ไบโอจีนิก ( Biogenic ) เป็นประเภทของอะควาจีนิคชนิดพิเศษประเภทหนึ่งที่พบในพืช และไดอะตอม
คริสโตบาไลท์ ซิลิกา ( Cristobalite Silica / SiO2 )
ประโยชน์ ซิลิกา ( Silica / SiO2 ) และการนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ
1. ซิลิกา ( Silica / SiO2 )
- ซิลิกาเป็นวัตถุดิบสำหรับเป็นส่วนผสมในวัสดุก่อสร้าง
2. ซิลิกาอสัณฐาน ( Amorphous Silica )
- ใช้เป็นองค์ประกอบตัวเร่งปฏิกิริยา
- ใช้เป็นสารเพิ่มความแข็งแรง และความหนาแน่นในผลิตภัณฑ์ยาง พลาสติก และโพลีเมอร์ เป็นต้น
- ใช้เป็นสารเพิ่มแรงยึดติดในผลิตภัณฑ์กาว
- ใช้เป็นสารลดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างของแข็งที่แขวนลอยในของเหลว
- ใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดในผลิตภัณฑ์หลายชนิด เช่น จารบี หมึกพิมพ์ สี ยา และเครื่องสำอาง เป็นต้น
- ใช้เป็นสารอิมัลซิไฟเออร์ทำให้สารที่ไม่ละลายกันผสมเข้ากันได้ดี เช่น น้ำกับน้ำมัน
- ใช้เป็นสารป้องกันการเกิดโฟม
- ใช้เป็นสารปรับสภาพพื้นผิวให้มีคุณสมบัติชอบน้ำ
- ใช้เป็นสารเพิ่มความเงา
- ใช้เป็นสารดูดความชื้น
- ใช้เป็นสารเติมแต่ง
คลิกเพิ่มเพื่อน! แจ้งเตือนบทความใหม่ก่อนใคร ฟรี!!
