二氧化硅（SiO2）

二氧化硅(SiO2)是所有矿物中最丰富的。 自然界中存在的二氧化硅称硅石，约占地壳总重量的12%。硅石有石英、鳞石英和方石英三种不同的晶型，石英在室温下最稳定，另两种在高温下稳定，因它们转变成石英的速度很慢，所以在室温亦有存在。某些石英矿有特殊的名称， 如大而透明的石英晶体叫做水晶，含微量杂质 而呈紫色的叫紫水晶，浅黄、金黄和褐色的称烟 水晶，黑色几乎不透明的称墨晶。玉髓、玛瑙和 碧玉则是微晶体石英混有其他物质而呈各种颜 色的宝石类矿石。肉红玉髓含有氧化铁，绿玉 髓含镁。红色碧玉中混有细粒分散的针铁矿 (Fe2O3·H2O)。常见的沙是含杂质的石英。 中国华北地区有质量较好的大量硅石矿，石英 砂岩在华南分布较广，在青海、云南、广东、广西 和贵州等省有水晶矿。石英的熔点为1 610℃。 除氟、氟化氢和氢氟酸外，它与卤素、卤化氢和 无机酸都不起反应。但溶于热浓碱液及熔融的强碱或碳酸钠。

理化性质

二氧化硅俗名硅石，化学式SiO2。是硅的最普遍、最稳定的化合物， 它广泛分布于自然界中， 构成了各种矿物和岩石。硅石以晶体和无定形两种状态存在， 晶体硅石最重要的是石英，是原子晶体。纯石英无色透明，有玻璃光泽， 性硬， 称为晶石。含有微量杂质而呈现不同颜色的结晶即为水晶， 含有二氧化锰的，称为蓝宝石;含有碳质的为墨晶;含有气泡的为乳白晶， 此外， 还有黄水晶、紫水晶、烟水晶等， 这些都是名贵的矿石。普通常见的砂子是混有较多杂质的硅石。自然界还有无定形的SiO2，叫做硅藻土，常用作甘油炸药(硝化甘油)的吸附体。SiO2的化学性质非常稳定，不溶于水也不溶于一般的酸，但能与氢氟酸作用生成四氟化硅SiF4 气体;SiO2和强碱或某些金属的碳酸盐在高温下共熔时会生成硅酸盐。把SiO2 在高温状态下熔化(熔点约1 600℃)， 然后让熔液冷却， 随着温度降低， 这时熔液变得越来越粘稠， 最后变硬， 得到石英玻璃。用石英玻璃制的容器， 骤冷骤热都不易破裂， 而且能透过紫外线。因此， 石英玻璃用来制造汞蒸气紫外线灯及某些用紫外线的光学仪器和高温仪器。硅藻土则用作绝热、隔音材料。普通砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等硅酸盐制品的原料。

化学反应

化学性质比较稳定。不跟水反应。是酸性氧化物，不跟一般酸反应。气态氟化氢跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维，陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（热浓磷酸除外）。
常见的浓磷酸（或者说焦磷酸）在高温下即可腐蚀二氧化硅，生成杂多酸，高温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅，鉴于此性质，硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂，除此之外氟化氢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
二氧化硅一般情况下不与水反应，即与水接触不生成硅酸，但人为规定二氧化硅为硅酸的酸酐。
二氧化硅结构在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内，二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。尽管熔融石英不是长范围有序，但它却表现出短的有序结构，它的结构可认为是4个氧原子位于四面体的顶点上。多面体中心是一个硅原子。
这样，每4个氧原子近似共价键合到硅原子，满足了硅的化合价外壳。如果每个氧原子是两个多面体的一部分，则氧的化合价也被满足，结果就成了称为石英的规则的晶体结构。
在熔融石英中，某些氧原子，成为氧桥位，与两个硅原子键合。某些氧原子没有氧桥，只和一个硅原子键合。
可以认为热生长二氧化硅主要是由任意方向的多面体网络组成的。与无氧桥位相比，有氧桥的部分越大，氧化层的粘合力就越大，而且受损伤的倾向也越小。干氧氧化层的有氧桥与无氧桥的比率远大于湿氧氧化层。

分子结构

SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元是四面体，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在四个顶角；
最小环上有6个硅原子和六个氧原子。

许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合。
实际上，SiO2晶体是由Si和O按1：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。
因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。
SiO4四面体不仅存在于SiO2晶体中，而且存在于所有硅酸盐矿石中，是构成多姿多彩的硅酸盐世界的基本骨架。
二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的四个顶角上，许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连，每个氧原子为两个四面体共有，即每个氧原子与两个硅原子相结合。二氧化硅的最简式是SiO2，但SiO2不代表一个简单分子，仅表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。

二氧化硅的微观结构

主要用途

二氧化硅用于制造平板玻璃，玻璃制品，铸造砂，玻璃纤维，陶瓷彩釉，防锈用喷砂，过滤用砂，熔剂，耐火材料以及制造轻量气泡混凝土。 二氧化硅的用途很广。自然界里比较稀少的水晶可用以制造电子工业的重要 部件、光学仪器和工艺品。 二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。 一般较纯净的石英，可用来制造石英玻璃。石英玻璃膨胀系数很小，相当于 普通玻璃的1/18，能经受温度的剧变，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃 常用来制造耐高温的化学仪器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。
二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，是科学研究的重要材料。
当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（α-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（β-石英）。石英块又名硅石，主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料，也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。
食品工业用作抗结剂、消泡剂、增稠剂、助滤剂、澄清剂。我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2011)规定：可用于蛋粉、糖粉、奶粉、可可粉、可可脂、植物性粉末、速溶咖啡、汤料粉等，使用量为15g/kg，粉末香精，使用量为80g/kg；固体饮料，使用量为0.2g/kg；粮食，1.2g/kg。

健康危害

二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害。二氧化硅的粉尘极细，比表面积达到100m2/g以上可以悬浮在空气中，如果人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（因硅旧称为矽，硅肺旧称为矽肺）。
经口摄取的二氧化硅基本上是无毒的，LD50为5000mg / kg（5g/ kg）。
然而，吸入细分散的结晶二氧化硅粉尘可能导致矽肺病，支气管炎或癌症，因为灰尘停留在肺中并持续刺激组织，从而降低肺容量。
研究显示，暴露于结晶二氧化硅的工人比一般人群的狼疮和其他自体免疫性疾病的预期高出10倍。
在2013年发布新规范之前，职业安全与健康管理局（OSHA）允许每立方米空气含100μg二氧化硅，而新规定将含量减少至50μg/m3。
建筑业的暴露限值也设定为从250 µg/m3下降至50 µg/m3。