Óxido de silício (IV)

Propriedades químicas e reações específicas

Apesar de o óxido de silício (IV) apresentar propriedades ácidas, sua inércia química à temperatura ambiente é muito elevada. Ele não reage absolutamente com a água e também é resistente à ação de soluções aquosas de álcalis. O caráter ácido desse composto só se manifesta plenamente em reações específicas e a altas temperaturas.

A principal característica é a reação com o fluoreto de hidrogênio (ácido fluorídrico). Este é o único ácido capaz de dissolver o referido óxido. No processo de interação, ocorre a troca de átomos de oxigênio por átomos de flúor. Tal reação é termodinamicamente possível porque a ligação química formada entre o silício e o flúor é comparável em sua resistência fenomenal à ligação entre o silício e o oxigênio. A reação prossegue com a formação de tetrafluoreto de silício e água.

O segundo grupo de reações em que o dióxido de silício se comporta como um óxido ácido típico são os processos que ocorrem durante a fusão, ou seja, em condições de altas temperaturas:

• Na interação com álcalis fundidos, formam-se sais de ácido silícico (silicatos) e libera-se água na forma de vapor.
• Ao fundir-se com sais de ácidos voláteis, por exemplo, com carbonatos de metais alcalinos, o dióxido de silício desloca o dióxido de carbono, formando também silicatos.

Quartzo e termodinâmica da fusão

Na natureza, o óxido de silício é mais frequentemente encontrado na forma de quartzo, a modificação cristalina mais comum. As formas de ocorrência do quartzo no meio ambiente impressionam pela sua diversidade: desde grãos de areia microscópicos até monocristais gigantes cuja massa pode atingir uma tonelada. Fisicamente, é uma substância incolor, absolutamente transparente e extremamente refratária.

O processo de fusão do quartzo tem um caráter complexo e gradual. Ao ser aquecida, a substância não passa simplesmente para o estado líquido, mas primeiro se transforma em outra modificação cristalina chamada tridimita. É exatamente a tridimita que subsequentemente sofre fusão ao atingir a temperatura de 1710 °C.

O fundido de dióxido de silício possui uma microestrutura única. Os átomos de silício nele não existem de forma isolada, mas estão firmemente ligados entre si por meio de pontes de oxigênio. Tal estrutura reticular condiciona uma viscosidade extremamente alta da massa fundida, pois o movimento dos átomos dentro do líquido ocorre muito lentamente e requer gastos energéticos consideráveis.

Vidro de quartzo: estado amorfo

Se o fundido viscoso de dióxido de silício for submetido ao resfriamento, forma-se um material especial: o vidro de quartzo. Devido à alta viscosidade do líquido e ao lento movimento das partículas durante a queda de temperatura, os átomos simplesmente não têm tempo de se reorganizar e ocupar posições estritamente definidas em uma rede cristalina regular.

Como resultado, forma-se uma substância vítrea que, do ponto de vista físico-químico, representa um estado amorfo, ou um líquido "sólido". O principal e mais valioso propriedade desse material é o seu coeficiente de expansão térmica extremamente baixo.

Na prática, isso significa uma resistência fenomenal dos produtos de vidro de quartzo ao chamado choque térmico. Cadinhos, tubos e frascos de laboratório feitos desse material não trincam de jeito nenhum com mudanças bruscas e abruptas de temperatura. Por exemplo, um objeto de vidro de quartzo aquecido ao rubro pode ser mergulhado em água gelada sem medo, e ele manterá sua integridade, o que é absolutamente impossível ao usar vidro de silicato comum.

Compostos adicionais de silício

Além dos óxidos, a química do silício inclui outros compostos importantes que exigem atenção ao estudar o tema. Uma dessas substâncias é o silano, um composto binário de silício com hidrogênio. Ao contrário do dióxido refratário, o silano é uma substância gasosa. Sua propriedade química mais importante e perigosa é a capacidade de autoignição ao entrar em contato direto com o oxigênio do ar.

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Termodinâmica e mecanismo de formação do fluoreto de silício na reação com o ácido fluorídrico
• Estrutura e propriedades das pontes de oxigênio em fundidos de silicatos
• Diferenças cristalográficas entre o quartzo e sua modificação de alta temperatura: a tridimita
• O processo de vitrificação: física da transição de um fundido viscoso para o estado amorfo
• Propriedades e reações do silano em comparação com os hidrocarbonetos (metano)

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