Biossido di silicio o Diossido di Silicio o Silica, è un composto chimico molto comune, è un ossido di silicio. Il termine "biossido di silicio" deriva dagli elementi che lo compongono:

• "Biossido" indica che ci sono due atomi di ossigeno per ogni atomo di silicio nel composto. Il prefisso "di-" deriva dalla parola greca "due" e "ossido" si riferisce alla componente di ossigeno del composto.
• "Silicio" è un elemento chimico con il simbolo Si e il numero atomico 14. È un solido cristallino duro e fragile con una lucentezza metallica grigio-blu, ed è un metalloide tetravalente e semiconduttore.

La sintesi del biossido di silicio può avvenire naturalmente o essere prodotta industrialmente. Ecco alcuni metodi comuni:

• Formazione naturale: il biossido di silicio si forma naturalmente nel corso del tempo attraverso processi geologici. È il componente principale di sabbia e quarzo e si trova anche in molti tipi di roccia.
• Dal silicio: il biossido di silicio può essere prodotto dal silicio attraverso l'ossidazione. Quando il silicio è esposto all'ossigeno (nell'aria), reagisce formando biossido di silicio. Questo è il principio alla base della formazione di un sottile strato di biossido di silicio sulla superficie dei wafer di silicio utilizzati nell'industria dei semiconduttori.
• Dal silicato di sodio: Il diossido di silicio può essere prodotto anche dal silicato di sodio, noto anche come vetro d'acqua. 
• Dal tetraetil-ortosilicato (TEOS): nel processo sol-gel, un metodo comune per la produzione di gel di silice e aerogel, il biossido di silicio viene sintetizzato a partire da un alcossido di silicio, come il tetraetil-ortosilicato (TEOS). Quando il TEOS viene idrolizzato e poi condensato, forma il biossido di silicio.

Quindi, in sintesi, il biossido di silicio è un composto costituito da un atomo di silicio e due atomi di ossigeno. È più comunemente reperibile in natura come quarzo e viene utilizzato in molte applicazioni industriali, tra cui la produzione di vetro, ceramica e nella produzione di chip di silicio per l'elettronica. Si trova anche in molti prodotti alimentari e farmaci come agente antiagglomerante.

Si presenta in forma di polvere bianca con una dimensione nativa delle particelle da 5nm a 40nm con funzioni di riempimento, ispessimento, rinforzo e tissotropia di vari materiali. 

Nell'industria viene utilizzata in forma di "Fumed silica" sintetizzata con metodo di pirolisi in cui i silani alogenati (clorosilano idrolizzato) reagiscono con ossigeno e idrogeno a temperatura elevata. Questo tipo di silice

viene utilizzata in numerosi settori industriali:

• Vetro
• Gomma
• Ottica
• Edilizia
• Alimentazione
• Medicina

Da dove si ricava

Si trova nella crosta terrestre, nelle rocce in forma cristallina o amorfa.

A cosa serve e dove si usa

Alimentazione

In particolare, nell'alimentazione può essere usata nei cibi, integratori alimentari ed altro come antiagglomerante. Etichettata come additivo alimentare addensante E551 nella lista degli additivi alimentari europei ha la funzione di evitare agglomeramenti in sughi, integratori alimentari, sale da cucina, alimenti secchi.  Gli «antiagglomeranti» sono sostanze che riducono la tendenza di particelle individuali di un prodotto alimentare ad aderire l’una all’altra. Ha anche funzione addensante. 

Agente gelificante nella birra.

Farmaceutica

Nell'industria farmaceutica la silice colloidale migliora flusso delle polveri in quanto agisce sulla rottura della forza interparticellare delle particelle di silice aderenti alla superficie del prodotto. E' un agente addensante. Gli addensanti alimentari vengono normalmente utilizzati per agevolare l'ingestione di farmaci in forma di compresse. Alcuni addensanti influenzano direttamente la dissoluzione e la disintegrazione delle compresse e possono anche ritardarne la dissoluzione.

Non deve superare il 2% del peso totale del prodotto in cui è inserito.

Cosmetica

Agente abrasivo. Contiene particelle abrasive per rimuovere macchie o biofilm che si accumulano sullo strato corneo o sui denti. Bicarbonato di sodio, farina fossile, silice e molti altri hanno proprietà abrasive. Nei prodotti peeling o esfolianti utilizzati in dermatologia o in applicazioni cosmetiche sono contenuti agenti abrasivi in forma di microsfere sintetiche, tuttavia queste microsfere o particelle abrasive non sono biodegradabili e creano inquinamento negli ecosistemi acquatici.

Assorbente. Assorbe sostanze disperse o disciolte in soluzioni acquose, acqua/olio, olio/acqua.

Agente antiagglomerante. Agevola il flusso libero e previene ed impedisce l'aggregazione o l'agglomeramento delle sostanze presenti in una formulazione riducendo la tendenza di alcune particelle ad aderire tra loro.

Agente di carica. Regola il contenuto di acqua, diluisce altri solidi, può aumentare il volume di un prodotto per un miglior flusso, agisce come tampone contro gli acidi organici, aiuta a mantenere il pH della miscela entro un livello determinato.

Agente opacizzante. E' utile in formulazioni che possono rivelarsi traslucide o trasparenti per renderle opache e meno permeabili alla luce.

Agente di controllo della viscosità. Controlla e adatta, aumentando o diminuendo, la viscosità al livello richiesto per una stabilità chimica e fisica ottimale del prodotto e del dosaggio in gel, sospensioni, emulsioni, soluzioni. 

Altri usi

• controlla la reologia e la tissotropia di sistemi leganti, polimeri, liquidi ecc.
• rinforza la la gomma siliconica HTV- e RTV- 2K
• assorbente e vettore in rivestimenti per stampa ink-jet
• riempimento per materiali dentali
• isolamento a bassa temperatura e ad alta temperatura come catalizzatore carrier, con significativo isolamento termico.

Sicurezza

Per quanto riguarda la sua tossicità, ci si deve riferire a nanoparticelle, piuttosto che a milligrammi (2) in quanto la sua presenza deriva, soprattutto nell'ambiente, da plastica, gomma, ceramica, vernici, adesivi ed altro ed è anche il prodotto della combustione del carbone (3).

Il potenziale rischio di nanoparticelle da inquinamento atmosferico ha recentemente attirato una grande l'attenzione. Sebbene la tossicologia delle nanoparticelle sia stata studiata in modo approfondito, sono stati riportati pochi lavori sull'effetto combinato delle nanoparticelle di Biossido di silicio (SiO₂) e dell'esposizione a freddo a livello cellulare. 

Il problema della foschia ha un forte impatto sulla salute pubblica, ed è stata una preoccupazione diffusa negli ultimi anni. Gli studi hanno dimostrato che il particolato ultrafine (PM 0,1 ), che è equivalente alle nanoparticelle, è dannoso per l'uomo. L'uso crescente di nanoparticelle per una vasta gamma di applicazioni commerciali, industriali e biomediche ha portato a preoccupazioni per la sicurezza (4).

In questo studio, gli effetti genotossici di SiO₂^EN20(-) e SiO₂^EN100(-) sono stati chiariti usando quattro test di genotossicità, in protocolli standardizzati con sistema Good Laboratory Practice. Sebbene le diverse vie di esposizione di questo studio possano indurre genotossicità da Si O2 in diversi organi in sistemi in vivo, i dati suggeriscono che SiO₂^EN20(-) e SiO₂^EN100(-) non sono sostanze genotossiche sulla base delle linee guida del test dell'OCSE (5).

I risultati di questa ricerca hanno confermato che l'aggiunta di silice colloidale in microemulsione contemporaneamente caricata con vitamine C ed E ha migliorato la biodisponibilità cutanea delle vitamine per la sua duplice influenza sulle caratteristiche di consegna della microemulsione e sulle proprietà della pelle (6).

Su questo ingrediente sono stati selezionati gli studi più rilevanti con una sintesi dei contenuti:

Diossido di silicio studi

Caratteristiche generali: 

• indice di rifrazione n20/D 1.46 (lit.)
• superficie 395 m2/g±25 m2/g
• densità    2,3 lb/cu.ft a 25 °C (densità apparente) (lit.)
• stringa SMILES    O=[Si]=O
• InChI    1S/O2Si/c1-3-2
• Chiave InChI    VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N

• Formula molecolare     SiO₂  O₂Si
• Peso molecolare     60.08
• CAS     7631-86-9, 7631-86-9
• UNII  ETJ7Z6XBU4
• EC Number  215-683-2
• DSSTox Substance ID  DTXSID1029677      DTXSID4029852     DTXSID5041801 e molti altri
• MDL number  MFCD00011232
• PubChem Substance ID 24866359
• InChI=1S/O2Si/c1-3-2
• InChI Key    VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N
• SMILES    O=[Si]=O
• IUPAC dioxosilane
• ChEBI 30563
• MDL number  MFCD00011232
• PubChem Substance ID   57654622
• ISC    0248   0807    0808    0809 
• RTECS    VV7325000    VV7330000    VV7335000
• NCI    C29853
• RXCUI    9771    314826    1362874

Sinonimi: 

• Silicon dioxide
• Silicon dioxide amorphous
• Silicic anhydride

Bibliografia_______________________________________________________________________

(1) Tran DT, Majerová D, Veselý M, Kulaviak L, Ruzicka MC, Zámostný P. On the mechanism of colloidal silica action to improve flow properties of pharmaceutical excipients. Int J Pharm. 2019 Feb 10;556:383-394. doi: 10.1016/j.ijpharm.2018.11.066.

(2) Petrick L, Rosenblat M, Paland N, Aviram M. Silicon dioxide nanoparticles increase macrophage atherogenicity: Stimulation of cellular cytotoxicity, oxidative stress, and triglycerides accumulation. Environ Toxicol. 2016 Jun;31(6):713-23. doi: 10.1002/tox.22084.

(3) Dai C, Huang Y, Zhou Y. Research progress about the relationship between nanoparticles silicon dioxide and lung cancer. Zhongguo Fei Ai Za Zhi. 2014 Oct 20;17(10):760-4. Chinese. doi: 10.3779/j.issn.1009-3419.2014.10.09.

Hassankhani R, Esmaeillou M, Tehrani AA, Nasirzadeh K, Khadir F, Maadi H. In vivo toxicity of orally administrated silicon dioxide nanoparticles in healthy adult mice. Environ Sci Pollut Res Int. 2015 Jan;22(2):1127-32. doi: 10.1007/s11356-014-3413-7.

(4) Zhang Y, Li X, Lin Y, Zhang L, Guo Z, Zhao D, Yang D. The combined effects of silicon dioxide nanoparticles and cold air exposure on the metabolism and inflammatory responses in white adipocytes. Toxicol Res (Camb). 2017 Jul 6;6(5):705-710. doi: 10.1039/c7tx00145b.

(5) Kwon JY, Kim HL, Lee JY, Ju YH, Kim JS, Kang SH, Kim YR, Lee JK, Jeong J, Kim MK, Maeng EH, Seo YR. Undetactable levels of genotoxicity of SiO2 nanoparticles in in vitro and in vivo tests. Int J Nanomedicine. 2014 Dec 15;9 Suppl 2(Suppl 2):173-81. doi: 10.2147/IJN.S57933. Erratum in: Int J Nanomedicine. 2015;10:4621. 

(6) Rozman B, Gosenca M, Gasperlin M, Padois K, Falson F. Dual influence of colloidal silica on skin deposition of vitamins C and E simultaneously incorporated in topical microemulsions. Drug Dev Ind Pharm. 2010 Jul;36(7):852-60. doi: 10.3109/03639040903541187.