Silice

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Silice
Silice
Identification
Nom IUPAC Dioxyde de silicium
No CAS silice amorphe 7631-86-9
fondue 60676-86-0
quartz 14808-60-7
1343-98-2
No EINECS silice amorphe 262-373-8;
231-545-4
PubChem 24261
SMILES
InChI
Apparence poudre de couleur blanche
Propriétés chimiques
Formule brute O2SiSiO2
Masse molaire[1] 60,0843 ± 0,0009 g/mol
O 53,26 %, Si 46,74 %,
Propriétés physiques
fusion 1 650 °C75 °C)
ébullition 2 230 °C
Solubilité 0,12 g·l-1 (eau)
Masse volumique 2,2 solide
Précautions
Directive 67/548/EEC


SIMDUT[4],[5],[6]
Silice amorphe :

Produit non contrôlé

Silice précipitée :

Produit non contrôlé

Silice fondue :

Produit non contrôlé
Classification du CIRC
Groupe 1 : Cancérogène pour l'homme[2] (Silice cristalline inhalée sous forme de quartz ou de cristobalite de source professionnelle)
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[3] (Silice amorphe)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

La silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium (SiO2) qui entre dans la composition de nombreux minéraux.

La silice existe à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes et à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO2 étant alors liés à d'autres atomes (Al : Aluminium, Fe : Fer, Mg : Magnésium, Ca : Calcium, Na : Sodium, K : Potassium...).

Les silicates sont les constituants principaux du manteau et de l'écorce terrestre. La silice libre est également très abondante dans la nature, sous forme de quartz, de calcédoine et de terre de diatomée. La silice représente 60,6 % de la masse de la croûte terrestre continentale[7].

Propriétés[modifier | modifier le code]

La silice pure se présente sous la forme d'un minéral dur et existe sous des formes variées dans la nature :

La silice est un matériau transparent dans tout le domaine visible ce qui lui donne des applications intéressantes en optique. Cependant ses propriétés de transparence se perdent dans les domaines UV et infrarouge, ce qui impose l'usage d'autres matériaux pour travailler dans ces longueurs d'onde par exemple en spectrométrie infrarouge. Cet effet est mis à profit dans l'effet de serre où la lumière peut pénétrer mais dont les infrarouges ne peuvent sortir, d'où un échauffement ou, tout au moins, le maintien d'une température plus élevée qu'à l'extérieur sans chauffage.

La silice est un oxyde acide qui réagit avec les oxydes basiques pour donner des silicates (ions SiO32-, analogue à l'ion carbonate et SiO44- entre autres). La présence majoritaire de silicates fait du silicium le 2e élément en masse dans la croute terrestre derrière l'oxygène.

La silice se présente soit sous forme de cristaux non-moléculaires formés de motifs tétraédriques SiO4 liés entre eux par les atomes d'oxygène de façon régulière, comme dans le quartz, soit sous forme amorphe, comme dans le verre.

La silice sert de matière première à l'obtention du silicium. Elle est réduite par carboréduction dans des fours à arc à plus de 2 000 °C suivant la réaction :

SiO2 + 2C ⟶ 2 CO + Si

La silice sert également de support isolant en électronique.

Applications[modifier | modifier le code]

Silice industrielle
minéral densité indice de
réfraction
silice fibreuse 1,96 1,40
mélanophlogite 2,05 1,42
verre de silice 2,20 1,46
tridymite 2,26 1,47
cristobalite 2,33 1,48
kéatite 2,50 1,52
quartz 2,65 1,55
coésite 3,0 1,59
stishovite 4,35 1,78

Le verre de silice est de la silice non cristallisée utilisée dans la fabrication des instruments d'optique, d'appareils de laboratoire et de fibre de verre.

La silice est chimiquement stable et n'est guère attaquée que par l'acide fluorhydrique, réaction utilisée dans la gravure sur verre. Cette réaction empêche d'utiliser du verre de silice pour manipuler le fluor.

La silice se dissout très partiellement dans l'eau pure sous la forme de Si(OH)4 l'acide silicique (acide faible). La limite de solubilité étant de 0,140 g·l-1 à 25 °C. Cette solubilité augmente très fortement avec le pH (formation d'ion silicate, par la présence d'alcali dans une eau en bouteille), la température et la pression ; ainsi cette solubilité atteint 20 % dans l'eau supercritique à 500 °C et 1 000 bars.

Dans l'eau, l'acide silicique forme des suspensions colloïdales qui sont responsables de l'apparente opacité de l'eau lorsqu'elles sont présentes. C'est le cas dans l'eau des geysers comme celui de Geysir en Islande. Pour une concentration donnée en silice colloïdale, la couleur bleue est d'autant plus intense que l'eau est froide (la solubilité de Si(OH)4 est alors plus faible).

La silice est aussi l'un des meilleurs isolants électriques qui existe. Pour cette raison, elle est souvent utilisée sur des circuits électriques de silicium, simplement en oxydant les couches voulues.

Dans l'industrie alimentaire, la silice est parfois utilisée comme agent anti-agglomérant ou anti-mottant dans des denrées en poudre (sucre, sucre glace, épices...).

En minéralogie[modifier | modifier le code]

Modèle moléculaire d'une silice cristalline
(atomes O en rouge, atomes Si en gris)

La silice cristallise sous plusieurs formes minérales en fonction de la température et de la pression de cristallisation. Par température de fusion, voici les polymorphes de la silice :

la silice hydratée[modifier | modifier le code]

Il ne s’agit pas d’une espèce au sens strict du terme mais cette famille a une reconnaissance officielle par l’IMA[8]

Elle se compose de trois espèces minérales bien distinctes, la cristobalite, la tridymite et la silice amorphe hydratée.

Elle se décompose en 4 variétés :

Structure d'une silice amorphe en 2D

Opal-CT (la lussatite des francophones) composé de cristobalite-tridymite (d’où les deux lettre « C » et « T »)

Opal-C Est une forme qui est encore à l’étude. Il semble que la base soit une cristobalite, présentant d’importantes anomalies de structures cristalline. Les différences sont assez franches pour la distinguer de la cristobalite; de même le terme cristobalite-microcristalline n’est pas encore prouvé.

Opal-AG C’est l’opale la plus connue ; formée de microsphères de silice amorphe, associées à des molécules d’eau dans des proportions variable. La lettre « A » désigne le caractère amorphe, la lettre « G » suggère que nous sommes en présence d’un gel.

Opal-AN (la hyalite des francophones). Forme amorphe (Lettre A) comme la précédente mais cette opale apparait dans les formations volcaniques, où les pegmatites déposent la silice à des températures élevées. La lettre « N » (normal) rappelle que la structure en réseau est plus proche de la silice mais il reste tout de même des molécules d’eau dans des proportions significatives.

Silice et santé[modifier | modifier le code]

La silice n'est pas considérée comme toxique en tant que telle, mais l'inhalation de silice libre ou de poussière riche en silice (dans les mines, ateliers de sculpteurs ou dans certains métiers (meulage sur les chantiers de travaux publics ou de construction) expose au moins, à deux maladies graves (généralement mortelles) affectant respectivement le système respiratoire et la peau et d'autres organes :

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 1 : Cancérogènes pour l'homme », sur http://monographs.iarc.fr, CIRC,‎ 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009)
  3. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme », sur http://monographs.iarc.fr, CIRC,‎ 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009)
  4. « 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 25 avril 2009
  5. « Silice précipitée » 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 25 avril 2009
  6. « Silice fondue » 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 25 avril 2009
  7. (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
  8. American Mineralogist 92 (2007) 1325.
  9. Amoudru, C. (1991). Sclérodermie généralisée et inhalation de poussières mixtes contenant de la silice libre. Documents pour le Médecin du Travail, 46, 101-106.
  10. Hallé, O., Schaeverbeke, T., Bannwarth, B., & Dehais, J. (1997). Les facteurs d'environnement et les éléments iatrogènes dans la sclérodermie systémique et les syndromes apparentés. Revue de la littérature. La Revue de médecine interne, 18(3), 219-229.