Zdroje oxidu křemičitého v přírodě

Křemík je chemický prvek patřící do 14. skupiny periodické tabulky, známé jako uhlíková skupina. Tento polokov, označovaný chemickou značkou Si (z latinského „silicium"), je hojně rozšířen jak v zemské kůře, tak v technologickém průmyslu. Systematický název křemíku je právě „křemík". Jeho atomové číslo je 14 a v periodické tabulce se nachází pod uhlíkem, se kterým sdílí některé podobné vlastnosti. Chemický vzorec elementárního křemíku je jednoduše „Si".

Z hlediska výskytu je křemík druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře - tvoří přibližně 27 % její hmotnosti. Vyskytuje se hlavně ve formě křemene, žuly, slídy nebo písku. Nejvyšší obsah křemíku ze všech nerostů (70,04 % Si) má moissanit SiC, celkem je známo přes 1400 minerálů s obsahem křemíku, nejčastěji se jedná o křemičitany - silikáty. Systematická mineralogie rozeznává 7 základních typů silikátů, které se liší podle způsobu vzájemné vazby tetraedů SiO4.

Vlastnosti a formy křemíku

Křemík je pevná látka, typicky leskle šedý až stříbřitý krystalický materiál. Jeho teplota tání dosahuje 1 414 °C a teplota varu 3 265 °C. Ve své amorfní formě působí jako tmavě hnědý prášek, zatímco ve formě krystalické vykazuje charakteristický kovový lesk.

Křemen je chemicky oxid křemičitý SiO2. Krystaluje v klencové soustavě. Jeho tvrdost na Mohsově stupnici je 7 a hustota 2,6528 g/cm3. Nižší (α) křemen má klencová soustavu, zatímco vyšší (β) křemen má šesterečnou soustavu. Vyšší (β) křemen se vytváří při teplotách mezi 573 °C a 870 °C. Při vyšších teplotách vznikají další modifikace SiO2.

Formy oxidu křemičitého

• Křemen: Nejběžnější krystalická forma.
• Coesit a stišovit: Vyskytují se především v impaktitech a jejich vznik je možný jen za velice vysokých tlaků.
• Křemen hvězdnatý (hvězdovec): Tvarově velmi zajímavá ukázka krystalovaného křemene, naleziště se nachází u nás v České republice.
• Mléčný křemen: Bíle zakalený od mikroskopických uzavřených vzduchových bublinek.
• Růženín: Růžově zbarvená varieta křemene.
• Křemen železitý: Zbarvení je způsobené oxidy železa.
• Achát a chalcedon: Mikrokrystalické odrůdy křemene.
• Tygří, sokolí, kočičí a býčí oko: Další skupinu křemenů.

Výskyt a těžba křemíku

Křemen patří mezi nejrozšířenější nerosty. Zemská kůra obsahuje plných 12 % tohoto nerostu, k tomu je v nejrůznějších solích (křemičitanech - hlavní horninotvorné nerosty) něco přes 47 % oxidu křemičitého.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

Elementární (čistý) křemík se vyrábí převážně redukčním tavením oxidu křemičitého pomocí koksu v elektrické obloukové peci.

Využití křemíku

Křemík je jedním z nejvýznamnějších technických materiálů současnosti. Největší uplatnění nalezl v elektronice - je klíčovým materiálem při výrobě mikročipů, tranzistorů a polovodičových součástek. Ve formě oxidu křemičitého je křemík nezbytný ve sklářství, při výrobě betonů, žáruvzdorných materiálů a keramiky. Silikáty - sloučeniny křemíku s kovovými prvky - slouží jako plniva do barev, lepidel, plastů nebo kosmetiky. Dále se křemík využívá při výrobě solárních panelů (fotovoltaika). Křemen je důležitou průmyslovou surovinou a má významnou roli také ve stavebnictví. V hutnictví se křemenný písek používá jako struskotvorná přísada, na přípravu licích forem a jader. Krystaly křišťálu se využívají pro výrobu optických segmentů přístrojů, jako jsou například objektivy.

Představte si oxid křemičitý jako neuvěřitelně všestrannou stavebnici od přírody. Základním kamenem je malá "kostička" složená z jednoho atomu křemíku a dvou atomů kyslíku (SiO₂). Když jsou kostičky poskládány do pravidelné, pevné a opakující se struktury, vznikne křemen. Je to velmi tvrdý a odolný minerál. Zrnka křemene tvoří většinu písku na plážích a pouštích. Když ale vezmeme písek (tedy křemen) a roztavíme ho při obrovské teplotě, všechny pravidelné vazby mezi kostičkami se zpřetrhají. Pokud tuto tekutinu rychle zchladíme, kostičky nestihnou naskákat zpět na svá původní místa a ztuhnou v chaotickém, neuspořádaném stavu. A právě tento nepořádek je to, čemu říkáme sklo.

Další využití křemíku:

• Potravinářství (E551): Amorfní oxid křemičitý se používá jako přídatná látka (aditivum) pod označením E551. Působí jako protispékavá látka v sypkých potravinách.
• Stavebnictví: Křemičitý úlet (mikrosilika, nanosilika) vzniká jako odpadní produkt řady metalurgických procesů a významným způsobem zvyšuje pevnost betonu.
• Hydrofobizace: Některé sloučeniny křemíku slouží k výrobě hydrofobizačních prostředků.
• Solární energie: Čistý křemík se používá pro výrobu polovodičů ve fotovoltaických solárních elektrárnách.

Křemík a zdraví

Ačkoliv není pro lidské tělo esenciální prvek v klasickém slova smyslu, přispívá k pevnosti kostí, vlasů a nehtů. Oxid křemičitý, respektive křemík, mimo jiné pozitivně ovlivňuje stav kostí, cév, vlasů a nehtů. V přírodní neboli biogenní formě jej dokáže naše tělo lépe vstřebat než syntetickou formu. Křemík příznivě ovlivňuje zabudovávání vápníku do kolagenové matrice, má kladný vliv na tvorbu kostí, pojivových tkání, nehtů, kůže a vlasů a posiluje imunitní systém. Tlumí škodlivý vliv hliníku a chrání před Alzheimerovou chorobou.

Účinky křemíku na lidské zdraví:

• Podílí se na vzniku kolagenu a spolu s vápníkem pomáhá formovat chrupavky a kosti.
• Předpokládá se, že umožňuje vstřebávání vápníku v tkáních, posiluje kosti, zabraňuje osteoporóze a zmírňuje bolesti při osteoartróze a revmatismu.
• Zpomaluje proces stárnutí (pomáhá předcházet oxidativnímu stresu a dehydrataci) a chrání kardiovaskulární systém.
• Posiluje nehty a udržuje pružnost pokožky syntézou elastinu.

Mezi potraviny s nejvyšším obsahem křemíku patří zejména obilniny, oves (3400 - 6300 mg/kg), ječmen (1400 - 2900 mg/kg) a pšenice (20 - 190 mg/kg), z živočišných potravin mají nejvyšší obsah křemíku vepřová játra (20 - 100 mg/kg). Denní potřeba křemíku pro dospělého člověka je 20‒50 mg.

Čtěte také: Které zdroje energie jsou nejméně škodlivé?

Ekologické aspekty

Z ekologického hlediska je problematická zejména těžba křemenného písku a energetická náročnost jeho rafinace. Při posuzování environmentálního dopadu silikonových produktů je diskutována například jejich pomalejší biologická odbouratelnost.

Získávání oxidu křemičitého z odpadních materiálů

Proděkanka Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci (FS TUL) doc. Ing. Dora Kroisová, Ph.D., získala se svými kolegy mezinárodní patent na technologický postup získání oxidu křemičitého z odpadních rýžových slupek. Slupky se obvykle likvidují vhazováním do řek, nebo ještě hůře spalováním, které silně znečišťuje ovzduší. Mohou se ale stát zdrojem nanočástic biogenního, tedy přírodní cestou vznikajícího oxidu křemičitého. Její metoda je jednoduchá a energeticky méně náročná než výroba syntetického oxidu křemičitého. Jedná se o jednostupňový proces rozkladu rýžových slupek v mikrovlnném reaktoru za přítomnosti anorganických kyselin, při kterém odpadají mezistupňové manipulace s materiálem. Získáme tak 20nm částice oxidu křemičitého, které jsou analogické komerčním produktům, jakými je například Cab-O-Sil.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

tags: #zdroje #oxidu #kremiciteho #v #prirode

Oblíbené příspěvky:

• Snižování skládkování v ČR
• Koule a povrchové napětí
• Rozbor Literatury a Strachu z Prázdnoty
• Škodlivost znečištění ovzduší
• České dotace na elektromobily