二氧化硅的理化性質

物理性質

二氧化硅又稱硅石，化學式SiO₂。自然界中存在有結晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。

沙的主要成分即二氧化硅

結晶二氧化硅因晶體結構不同，分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體，大而透明棱柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質的水晶帶有不同顏色，有紫水晶、茶晶等。普通的砂是細小的石英晶體，有黃砂（較多的鐵雜質）和白砂（雜質少、較純凈）。二氧化硅晶體中，硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵，硅原子位于正四面體的中心，4個氧原子位于正四面體的4個頂角上，SiO₂是表示組成的最簡式，僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數之比。二氧化硅是原子晶體。

自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質輕、松軟的固體，吸附性強。

不溶于水。

化學性質

化學性質比較穩定。不跟水反應。是酸性氧化物，不跟一般酸反應。氣態氟化氫跟二氧化硅反應生成氣態四氟化硅。跟熱的濃強堿溶液或熔化的堿反應生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應生成硅酸鹽。用于制造石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維，陶瓷等。二氧化硅的性質不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（熱濃磷酸除外）。

常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化硅，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅，鑒于此性質，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸： 6HF+SiO2=H₂SiF6+2H₂O

二氧化硅一般情況下不與水反應，即與水接觸不生成硅酸，但人為規定二氧化硅為硅酸的酸酐。

在大多數微電子工藝感興趣的溫度范圍內，二氧化硅的結晶率低到可以被忽略。

二氧化硅結構

盡管熔融石英不是長范圍有序，但它卻表現出短的有序結構，它的結構可認為是4個氧原子位于四面體的頂點上。多面體中心是一個硅原子。

這樣，每4個氧原子近似共價鍵合到硅原子，滿足了硅的化合價外殼。如果每個氧原子是兩個多面體的一部分，則氧的化合價也被滿足，結果就成了稱為石英的規則的晶體結構。

在熔融石英中，某些氧原子，成為氧橋位，與兩個硅原子鍵合。某些氧原子沒有氧橋，只和一個硅。

可以認為熱生長二氧化硅主要是由任意方向的多面體網絡組成的。與無氧橋位相比，有氧橋的部分越大，氧化層的粘合力就越大，而且受損傷的傾向也越小。干氧氧化層的有氧橋與無氧橋的比率遠大于濕氧氧化層。