Quarzo vs silice fusa: quali sono le differenze?

L’elenco dei termini usati per descrivere vari materiali a base di silice è confuso, lungo e spesso frainteso; questi termini includono silice fusa, silice, vetro di quarzo, quarzo fuso e quarti.

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Questo articolo esplorerà le proprietà uniche della silice fusa e del quarzo, nonché alcuni materiali correlati per chiarire la confusione che circonda questi termini.

Quarzo vs. Silice

Una delle cose più importanti da sapere per quanto riguarda la silice fusa e quarzo è che entrambi consistono principalmente di silice, noto anche come biossido di silicio. La silice è il costituente primario della maggior parte dei tipi di vetro e ha la formula chimica SiO2.

Il quarzo minerale è la forma principale in cui si trova la silice in natura; il quarzo minerale costituisce una frazione apprezzabile della crosta terrestre ed è un materiale cristallino duro e trasparente. Oltre alla silice, il quarzo contiene anche impurità naturali in varie proporzioni che dipendono dalla sua origine geologica.

Per “Silice” si intende un composto chimico specifico, il biossido di silicio, con formula chimica SiO2. Nel frattempo, il quarzo è un minerale cristallino naturale che consiste principalmente di silice ma contiene alcune impurità.

Solidi cristallini e amorfi

Per comprendere le differenze tra i diversi materiali a base di silice, è necessario innanzitutto comprendere le differenze fondamentali tra solidi amorfi e solidi cristallini.

Il modo in cui gli atomi sono disposti all’interno dei solidi è come definire la differenza. Gli atomi costituenti sono disposti in regolari, ripetendo modelli noti come reticoli cristallini in un solido cristallino. Un esempio di materiale cristallino a base di silice è il quarzo: gli atomi di ossigeno e silicio sono disposti in una struttura ordinata ben definita.

Gli atomi in un solido amorfo, tuttavia, non hanno un ordine a lungo raggio. In un solido amorfo, la disposizione apparentemente casuale delle molecole assomiglia a quelle di un liquido, tranne che non si muovono e sono invece fissati in posizione.

I solidi amorfi costituiscono la maggior parte dei materiali che consideriamo “vetro”. In effetti, il termine “vetroso” può essere usato per descrivere qualsiasi materiale con una struttura atomica amorfa.

Le caratteristiche di un materiale possono essere profondamente influenzate in base al fatto che i suoi atomi siano orientati in modo casuale o siano disposti in modo ordinato. L’effetto di transizione vetrosa esibito dai solidi amorfi è uno degli esempi più eclatanti di questo.

Al di là del regno della silice o di altri materiali a base di ossido, i metalli “vetrosi” disordinati sono spesso scelti per l’uso a causa delle loro insolite caratteristiche meccaniche rispetto ad altri metalli convenzionali.

Il quarzo e altri materiali a base di silice possono essere caratterizzati sia in termini di amorfo o cristallino, sia per la loro composizione chimica.

Definizione dei materiali a base di silice

Ora che i fondamenti sono stati stabiliti, questo documento esplorerà le differenze tra silice fusa, quarzo e altri materiali a base di silice.

Quarzo

Il quarzo, come menzionato sopra, è la principale forma di silice che si presenta naturalmente. Il quarzo è un solido cristallino, il che significa che ha proprietà molto distinte dal vetro mentre assomiglia ancora al vetro sia in termini di composizione chimica che di aspetto.

Esistono limitate applicazioni industriali del quarzo (ovvero il minerale cristallino). Tuttavia, gli oscillatori a cristallo di quarzo si trovano nei sistemi elettronici, più familiarmente negli orologi da polso.

Le applicazioni industriali del quarzo a volte usano “il quarzo sintetico” fabbricato. Questo materiale forse sarebbe più accuratamente descritto come silice cristallina, ma è spesso chiamato semplicemente ” quarzo.”

Silice fusa e quarzo fuso

La parola” fuso ” qui si riferisce a una fase di lavorazione: la silice fusa è una silice nominalmente pura che è stata fusa e raffreddata per formare un solido vetroso e amorfo.

La silice fusa non contiene additivi pur assomigliando ad altri bicchieri in molti modi. La silice fusa, come materiale speciale, ha diverse applicazioni ad alte prestazioni.

C’è spesso l’uso intercambiabile dei termini “quarzo fuso” e “silice fusa”. Tuttavia, “quarzo fuso” si riferisce più specificamente a un solido amorfo formato dalla fusione del quarzo naturale. Ciò significa che mentre la silice fusa è apparentemente pura SiO2, il quarzo fuso contiene impurità dipendenti da quale quarzo è stato utilizzato.

Vetro di silice e vetro di quarzo

Entrambi i termini sono spesso usati in modi più generici e di solito sono considerati intercambiabili. Questi termini potrebbero riferirsi sia al quarzo fuso che alla silice fusa.

Applicazioni della silice fusa

La struttura amorfa della silice fusa conferisce diverse proprietà elettriche, meccaniche e termiche altamente desiderabili e distinte pur essendo chimicamente simili al quarzo.

È comune per gli occhiali contenere additivi come alcalino-terrosi, alcali o altri ossidi per migliorare le proprietà fisiche e chimiche e per abbassare la temperatura di lavorazione del vetro (fusione); tuttavia, la silice fusa è molto pura. Ciò si traduce in avere temperature di lavoro più elevate, offrendo caratteristiche diverse da altri occhiali.

La silice fusa non si espande o si contrae molto quando riscaldata o raffreddata perché ha un coefficiente di espansione termica molto basso. Ciò significa che la silice fusa può sopportare un riscaldamento o un raffreddamento molto rapidi senza fessurazioni ed è altamente resistente agli shock termici.

Le caratteristiche termiche della silice fusa lo rendono molto prezioso per componenti industriali ad alta temperatura come la produzione di vetro, barche per la produzione di acciaio, vassoi e crogioli.

Esiste uno spettro di luce molto ampio in cui la silice fusa è trasparente, che si estende tra l’infrarosso lontano e l’ultravioletto profondo. Questo rende fuso un componente chiave in una gamma di lenti, specchi e altri UV – o IR-trasmissione ottica, così come in fibre ottiche.

La silice fusa è resistente alla maggior parte degli acidi (escluso l’acido fluoridrico) ed è anche estremamente chimicamente inerte. Essendo chimicamente inerte presta silice fusa per applicazioni biomediche, spesso sotto forma di silice porosa.

La combinazione di resistenza, trasparenza e stabilità termica rende la silice fusa un forte candidato per lo sviluppo di nuove applicazioni, inclusi circuiti a microonde incisi, substrati di fotolitografia e come strato protettivo nei dispositivi a semiconduttore.

1. Metallo vetroso impostato su acciaio rivale : Nature News. https://www.nature.com/news/2011/110109/full/news.2011.4.html.
2. Vert, T. Selezione di materiali refrattari per la produzione di acciaio. (John Wiley & Figli, 2016).
3. Khalaf, A. L., Shabaneh, A. A. A. & Yaacob, MH Nanotubi di carbonio e applicazioni di ossido di grafene in sensori optochimici. in Sintesi, tecnologia e applicazioni dei nanomateriali di carbonio 223-246 (Elsevier, 2019). doi: 10.1016 / B978-0-12-815757-2.00010-3.
4. Wang, S., Zhou, C., Zhang ,Y. & Ru, H. Griglie di trasmissione fusa-silice ad alta densità incise in profondità con alta efficienza a una lunghezza d’onda di 1550 nm. Appl. Optare. 45, 2567 (2006).

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