Dioxyde de silicium

Dioxyde de silicium
Général
Nom IUPAC	Dioxyde de silicium
Synonymes	Silice
No CAS	Quartz 14808-60-7 Tridymite 15468-32-3 Cristobalite 14464-46-1 Stishovite 13778-37-5 Coésite 13778-38-6 kéatite 17679-64-0 Silice amorphe 7631-86-9 Silice précipitée 1343-98-2 Gel de silice 63231-67-4 Verre de silice 60676-86-0 Fumée de silice 69012-64-2
No EINECS	Fumée de silice 273-761-1
No E	E551
Propriétés chimiques
Formule brute	O2SiSiO2
Masse molaire[1]	60,0843 ± 0,0009 g·mol-1 O 53,26 %, Si 46,74 %,
Précautions
SIMDUT[2],[3]
Silice cristalline : D2A, D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques Silice amorphe : Produit non contrôlé Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT. Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
Inhalation	Les poussières des formes cristallines sont toxiques par inhalation.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le dioxyde de silicium est un composé chimique composé d'une proportion d'un atome de silicium pour deux atomes d'oxygène et dont la formule peut s'écrire SiO₂.

Le dioxyde de silicium existe à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes de silice et à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO₂ étant alors liés à d'autres atomes (Al, Fe, Mg, Ca, Na, K...).

Les silicates sont les constituants principaux du manteau et de l'écorce terrestre. Le dioxyde de silicium libre est également très abondant dans la nature, notamment sous forme de quartz et de calcédoine. Il représente 60,6 % de la masse de la croûte terrestre continentale^[4].

On l'utilise dans la fabrication de verre, de ciment, et dans la production de silicium.

Il est également très utilisé dans l'industrie de la microélectronique où il sert comme couche de passivation, d'oxyde de grille pour transistor MOSFET ou encore comme couche anti-reflet. De même que les autres oxydes qui lui sont similaires comme ZrO₂, TiO₂ ou HfO₂.

Différentes formes

Article principal : Silice.

• Phases amorphes :
  • la silice colloïdale (sol de silice), la silice précipitée, les silices pyrogénées, les gels de silice sont des silices amorphes synthétiques.
  • la fumée de silice est un sous-produit de la métallurgie et de la production de silicium.
  • Les opales, dont fait partie la diatomite (terre de diatomées) et le kieselguhr sont des roches sédimentaires formées par l'accumulation de frustules de diatomées.
  • le verre de quartz (synthétique) la fulgurite et la lechatelierite sont des verres.

• Phases cristallines (polymorphisme) :
  • quartz α et β
  • cristobalite α et β
  • tridymite α et β
  • stishovite
  • coésite
  • kéatite
  • mogánite
  • seifertite
  • mélanophlogite
  • quartz fibreux ou silice fibreuse.

Propriétés

Les propriétés physico-chimiques du dioxyde de silicium varient fortement en fonction de ses différentes modifications polymorphiques (voir silice et articles détaillés).

Certaines propriétés sont communes aux différentes formes :

Les formes minérales sont très dures (6 à 8 sur l'échelle de Mohs).

C'est un composé fortement diélectrique.

C'est un composé très peu réactif. Il n'est pas soluble dans les solvants organiques. Il est très faiblement attaqué par les solutions alcalines (sauf sous forme de silice fondue). Sa solubilité dans l'eau est faibles dans les conditions ambiantes mais augmente sensiblement en fonction de la température et de la pression. Les silices amorphes microporeuses sont plus facilement solubles que les formes cristallines.

Le dioxyde de silicium est attaqué par l'acide fluorhydrique selon les réactions :

SiO₂ (s) + 4 HF_(aq) → SiF_{4 (g)} + 2 H₂O _(l)

SiO_2(s) + 6 HF_(aq) → H₂[SiF₆]_(aq) + 2 H₂O_(l)

Il peut être réduit par le carbone à haute température (carboréduction) suivant la réaction :

SiO₂ + 2C → 2 CO + Si

Toxicité

Les poussières de silices cristallines sont toxiques^[5]. Une exposition même brève peut provoquer une irritation des yeux et de l'appareil respiratoire. Les particules les plus fines peuvent être inhalées et atteindre les parties les plus profondes des poumons (alvéoles). Ces particules ne sont pas éliminées par l'organisme et peuvent entrainer de graves atteintes pulmonaires comme la silicose (pneumoconiose fibrosante). Elles favorisent également l'apparition de cancers broncho-pulmonaires. Une exposition unique à de fortes doses peut entrainer des effets durables et irrémédiables, la prévention des risques est donc primordiale (protections individuelles, lutte contre la contamination de l'air, confinement).

Les poussières de silices amorphes ne présentent pas ce degré de toxicité^[6] car elles présentent une faible bio-persistance (elles sont solubles dans les liquides biologiques).

Notes et références

1. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. ↑ « silice cristalline » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 15 août 2009
3. ↑ « Silice amorphe » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 15 août 2009
4. ↑ (en) R. L. Rudnick (dir.) et S. Gao, Treatise on Geochemistry, vol. 3 : The Crust, Elsevier, 2005 (ISBN 978-0-08-044847-3) [présentation en ligne], « Composition of the Continental Crust », p. 48,53 
5. ↑ INRS, Fiche toxicologique FT 232 : Silice cristalline (1997)
6. ↑ INRS, Le point des connaissances sur les silices amorphes (2007)

Annexes

Articles connexes

• Silicate
• Silice
• Silicium
• silicose