Kristallines Siliziumdioxid ist der wissenschaftliche Name einer chemischen Verbindung, SiO2, die in allen Regionen der Erde und allen Schichten der geologischen Aufzeichnungen vorkommt. Es wird seit Tausenden von Jahren in vielen Industrien verwendet und reicht bis ins alte Ägypten zurück. Die häufigste Form von kristallinem Siliziumdioxid ist Quarz.
Silizium sollte nicht mit Silizium, Silikaten oder Silikon verwechselt werden. Silizium ist das Element Si, das zusammen mit Sauerstoff Silizium bildet. Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element auf der Erde. Silikate werden auch durch die Kombination von Silizium und Sauerstoff gebildet, enthalten aber auch ein Metall in ihrer chemischen Zusammensetzung. Silikone sind Polymere, synthetisch hergestellte Verbindungen.
In zwei Formen gesehen, kann Siliziumdioxid kristallin oder amorph sein. Damit Siliciumdioxid kristallin ist, müssen seine Moleküle in einem sich wiederholenden dreidimensionalen Muster angeordnet sein. Amorphes Siliziumdioxid hat keine kristalline Struktur. Opale sind eine Art von nichtkristallinem Siliziumdioxid.
Da es polymorph ist, kann kristallines Siliziumdioxid in mehr als einem Zustand gefunden werden. Es gibt sieben Polymorphe oder Formen von SiO2. Vier dieser Typen sind extrem selten. Die anderen drei – Quarz, Cristobalit und Tridymit – werden häufig gefunden.
Quarz hat auch zwei Zustände, Alpha und Beta. Alpha-Quarz kommt im Allgemeinen natürlich vor. Wenn Quarz über 1,063.4 ° F (573 ° C) erhitzt wird, verwandelt es sich in Beta-Quarz. Fertigungsprozesse schaffen diese Veränderung, aber auch Blitze oder Meteore können den Prozess abschließen.
Als Bestandteil von Erde und Sand wird kristallines Siliziumdioxid häufig in der Glasherstellung verwendet. Beim Erhitzen härtet SiO2-haltiger Sand zu Glas aus. Die erste dokumentierte Glasherstellung fand vor etwa 5,000 Jahren in Ägypten statt.
Neben Sand kommt kristalline Kieselsäure in allen Gesteinsarten vor. Eruptivgesteine haben im Vergleich zu Sedimentgestein oder metamorphem Gestein die geringste Menge an Quarz. Eruptivgestein, das aus Lava besteht, enthält Silizium, Sauerstoff und Metalle, so dass normalerweise Silizium gebildet wird. Bleibt ein Überschuss an Silizium und Sauerstoff zurück, nachdem das Metall aufgebraucht ist, wird auch Quarz gebildet. Etwa 12 Prozent der magmatischen Gesteine sind SiO2.
Kristalline Kieselsäure wird in vielen verarbeitenden Industrien sowie in der Keramik, Glasherstellung und für Kunststoff- und Gummifüllstoffe verwendet. Darüber hinaus kommt es in Beton, Granit, Sandstein und anderen Steinarten vor. Viele berühmte Bauwerke, wie das Weiße Haus in Washington, DC, enthalten kristallines Siliziumdioxid.
Das Arbeiten mit kristallinem Siliziumdioxid kann gefährlich sein. Der beim Bohren oder Schneiden von Quarz entstehende Staub wird leicht eingeatmet und führt zu Silikose, die Narbengewebe in der Lunge erzeugt und eine betroffene Person anfälliger für andere Lungenerkrankungen wie Tuberkulose macht. Bei der Verarbeitung dieses Materials ist äußerste Vorsicht geboten.