Кремниевая кислота
Кремниевая кислота
Строение молекулы и физические свойства
Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO2•mH2O. Образует коллоидный раствор в воде.
Метакремниевая H2SiO3 существует в растворе в виде полимера:
Способы получения
Кремниевая кислота образуется при действии сильных кисло т на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).
Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.
Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:
Химические свойства
1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами :
2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду :
Силикаты
Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».
Способы получения силикатов:
2. Сплавление с основными оксидами:
СаО + SiO2 → CaSiO3
3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:
Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na2O·CaO·6SiO2.
Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3, известняка CaCO3 и белого песка SiO2:
Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.
Скажите свойства кремниевой кислоты! пожалуйста!
Кремниевые кислоты. SiO2 является ангидридом ряда кремниевых кислот, состав которых можно выразить общей формулой xSiO2 × yH2O, где х и у — целые числа:
1) х = 1, у = 1: SiO2 × H2O, т. е. H2SiO3 — метакремниевая кислота;
2) х = 1, у = 2: SiO2 × 2H2O, т. е. H4SiO4 — ортокремниевая кислота;
SiO2 является ангидридом ряда кремниевых кислот, состав которых можно выразить общей формулой xSiO2 × yH2O, где х и у — целые числа:
1) х = 1, у = 1: SiO2 × H2O, т. е. H2SiO3 — метакремниевая кислота;
2) х = 1, у = 2: SiO2 × 2H2O, т. е. H4SiO4 — ортокремниевая кислота;
= 1, у = 1: SiO2 × H2O, т. е. H2SiO3 — метакремниевая кислота;
2) х = 1, у = 2: SiO2 × 2H2O, т. е. H4SiO4 — ортокремниевая кислота;
2) х = 1, у = 2: SiO2 × 2H2O, т. е. H4SiO4 — ортокремниевая кислота;
Состав такого соединения можно выразить формулой (H2SiO3)n. Однако обычно кремниевую кислоту изображают формулой H2SiO3. H2SiO3 — кислота очень слабая, в воде мало растворима. При нагревании легко распадается аналогично угольной кислоте:
(H2SiO3)n. Однако обычно кремниевую кислоту изображают формулой
H2SiO3. H2SiO3 — кислота очень слабая, в воде мало растворима. При нагревании легко распадается аналогично угольной кислоте:
Все кремниевые кислоты очень слабые (слабее угольной).
1. При нагревании она разлагается на диоксид и воду:
2. Взаимодействует с растворами щелочей, образуя соли-силикаты:
Кремниевая кислота. Свойства, производство, применение и цена кремниевой кислоты
Их общее обозначение: — nSiO2*mH2O. Кремниевая кислота, формула которой записывается H2SiO3, это метакремниевая. Есть, так же, ортокремниевое соединение. Его запись: — H4SiO4.
Следом идет дикремниевая кислота с формулой H2Si2O5. Остается упомянуть пирокремниевое соединения. Его формула: — H6Si2O7. Не смотря на разность в записях, вещества объединены общими свойствами. С них и начнем.
Свойства кремниевой кислоты
Однако, раствор кремниевой кислоты получить сложно. Получается коллоидная форма жидкости. Это промежуточная стадия между истинным раствором и суспензией. Частицы взвеси в коллоидной среде укладываются в размеры от 1-го до 100-та нанометров. Получаемый раствор именуется гель кремниевой кислоты.
Героиня статьи во все своих проявлениях, настолько слаба, что не разъедает ткани тела. Вот уксусную кислоту выльешь на слизистые, так ожог обеспечен. «Кремниевый душ» безопасен.
Кремниевую кислоту легко разрушить. Достаточно нагреть вещество и оно распадется на воду и диоксид силициума. Запускается реакция еще при комнатной температуре. Просто, так же, проходит взаимодействие со щелочами. В ходе реакции тоже выделяется вода. Но, главный продукт взаимодействия – соль кремниевой кислоты.
Производство кремниевой кислоты
Компануясь, частицы взвеси образуют более масштабные формы. Процесс называется коагуляцией. Студенистую массу осушают и используют. Зачем и где? Об этом поговорим в следующей главе.
Применение кремниевой кислоты
Силикагель кислоты безводен и порист. Пор минимум 100 м 3 /г, а максимум – 700. В химическом плане силикагель инертен. Поэтому, вещество стало популярным абсорбентом.
Хотя, вкус вещества важен не всегда. В промышленности, к примеру, интересны лишь абсорбирующие качества. Силикагель используют для захвата водяных паров. Это необходимо, к примеру, при консервации оборудования. На нем не должно остаться влаги. Иначе, ряд деталей подвергнется коррозии.
Терять ценное сырье не выгодно. Поэтому, улетевшие соединения захватывают силикагелем. Остается нагреть его. В условиях жара гель легко возвращает абсорбированные компоненты.
Абсорбция силикагеля избирательна. Так, парафины и нафтены осушенный раствор не втягивает. Поэтому, удается отделить от них полезные непредельные углеводороды и ароматические составы.
Пользуются «услугами» геля кремниевой кислоты и фармацевты. Они абсорбируют антибиотики, находящиеся в культуральной жидкости. Так именуют питательный раствор, где лекарства взращиваются.
Силикагель нашел применение даже в ядерной отрасли. Там осушенный раствор кремниевой кислоты используется в виде ионов. Так удается разделить изотопы радиоактивных веществ.
Даже столовое серебро «благодарно» соседству с силикагелем. Вилки и ложки из сплавов аргентума темнеют из-за окисления. Оно вызвано контактом с влагой. Поэтому, к столовому серебру кладут пакетики с гелем кремниевой кислоты и так хранят. Проблема снята. Темный налет на изделиях не появится.
Силикагель, так же, используют для хранения семян. Зимой сложно оставить их сухими. Впитывая влагу, семена портятся или прорастают раньше времени. Силикагель заберет подпитку у зерен, сохранив их до весны.
Напоследок заметим, что гель кремниевой кислоты выручает путешественников, тех, кто не успевает высушить одежду. Запах прелых вещей неприятен. Поэтому, прогладив наряды утюгом без пара, стоит положить рядом с ними силикагель. Одежда быстрее высохнет и не будет пахнуть.
Цена кремниевой кислоты
Кремниевая вода оценивается поставщиками примерно в 250 рублей за литр. Силикагель продают по граммовке. Так, полкило можно купить за 100-150 рублей. Если брать килограммами, предлагают мешки.
Это и служит индикатором. Продавцы и промышленники, понимают, что настало время защищать товар или оборудование, иначе, они пострадают от паров. За пропитку кобальтом доплачивают примерно 1 000 рублей за 25-килограммовый мешок.
Кремниевые кислоты
Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде кислоты общей формулы nSiO2•mH2O.
Содержание
Номенклатура
Из кремниевых кислот известны: метакремниевая H2SiO3, ортокремниевая H4SiO4, дикремниевые H2Si2O5 и H10Si2O9, пирокремниевая H6Si2O7 и поликремниевые nSiO2•mH2O. Соответствующие соли называют силикатами (метасиликаты, ортосиликаты и др.).
Строение
Метакремниевая кислота состоит из структурных звеньев, имеющих тетраэдрическое строение. Звенья соединяются в цепи, образуя поликремниевые кислоты.
Физические и химические свойства
Все поликремниевые кислоты малорастворимы в воде. В воде образуют коллоидные растворы по общей схеме реакции:
Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:
в результате чего образуются сложные линейные, разветвлённые и смешанные структуры.
Изоэлектрическая точка поликремниевых кислот находится в интервале pH 2,0-3,0, в котором поликонденсация идёт с минимальной скоростью.
Кремниевые кислоты растворяются в растворах и расплавах щелочей, образуя силикаты, например:
Кремниевые кислоты могут взаимодействовать с плавиковой кислотой (HF) с образованием газообразного фторида кремния:
Получение
Растворы кремниевых кислот получают действием сильных кислот на растворимые силикаты натрия или калия:
а также методами электродиализа и ионного обмена.
Применение
Гидрозоли кремниевых кислот используются как наполнители и связующие материалы в производстве керамических изделий, различных покрытий. Они используются как носители катализаторов и светочувствительных слоёв в фотоматериалах. Они служат сырьём для получения кварцевого стекла, различных адсорбентов, поглотителей паров воды и газов, фильтров очистки воды и масел.
Особенности получения и применения кремниевой кислоты
Кремниевая кислота — что это такое, формула
Конечный продукт получения кремниевой кислоты представляет собой студенистую массу, которая содержит воду, или коллоидный раствор (золь). Кислота в процессе нагревания достаточно легко распадается на оксид кремния (IV) и воду, как и угольная. Данный процесс протекает очень быстро.
H 2 S i O 3 S i O 2 + H 2 O
Химическая формула кремниевой кислоты:
При анализе данной формулы можно заключить, что молекула кремниевой кислоты состоит из:
Исходя из химической формулы соединения, рассчитывают характеристику молекулярной массы кремниевой кислоты:
Молярная масса кремниевой кислоты составляет 78 г/моль.
Структурная формула кремниевой кислоты демонстрирует характер связей между атомами внутри молекулы соединения:
Кремниевая кислота представляет собой слабую двухосновную кислоту и обладает способностью диссоциировать на ионы в водном растворе ступенчато и обратимо, согласно следующим ионным уравнениям:
Кремниевая кислота включает в состав тетраэдрические структурные звенья (в каждом таком звене атом кремния расположен в центральной точке тетраэдра, а в вершинах находятся атомы кислорода). При объединении в цепочки структурные звенья формируют поликремниевые кислоты с более высокой степенью устойчивости:
Классификация кремниевых кислот:
Соответствующие кремниевым кислотам соли носят название силикатов. В качестве примеров можно привести метасиликаты, ортосиликаты и другие соединения.
Химические и физические свойства
Все поликремниевые кислоты отличаются плохой растворимостью в воде. Образование коллоидного раствора протекает, согласно общей схеме реакции:
Ортокремниевая кислота, которая образовалась в результате химической реакции, может вступать в реакции поликонденсации:
2 H 4 S i O 4 → ( H O ) 3 S i O S i ( O H ) 3 + H 2 O 2 H 4 S i O 4 → ( H O ) 3 S i O S i ( O H ) 3 + H 2 O
Конечным результатом являются сложные линейные, разветвленные и смешанные структуры.
Изоэлектрическая точка поликремниевых кислот соответствует интервалу pH 2,0-3,0, в котором скорость реакции поликонденсации характеризуется минимальным значением.
Кремниевые кислоты относятся к слабым:
Кремниевые кислоты реагируют с растворами и расплавами щелочей. В результате образуются силикаты, к примеру:
H 2 S i O 3 + 2 K O H → K 2 S i O 3 + 2 H 2 O H 2 S i O 3 + 2 K O H → K 2 S i O 3 + 2 H 2 O
H 2 S i O 3 + 6 H F → H 2 S i F 6 + 3 H 2 O → S i F 4 ↑ + ( 2 H F + 3 H 2 O ) H 2 S i O 3 + 6 H F → H 2 S i F 6 + 3 H 2 O → S i F 4 ↑ + ( 2 H F + 3 H 2 O )
Ортокремниевая кислота при наличии катализаторов на основе щелочи (как правило, NaOH) формирует ортосиликаты-эфиры, которые в общем случае характеризуются видом:
Особенности получения и применения кремниевой кислоты
Kремниевые кислоты получают с помощью взаимодействия сильных кислот с растворимыми силикатами натрия или калия, при этом сильные неорганические кислоты вытесняют кремниевые из растворов их солей:
N a 2 S i O 3 + 2 H C l → H 2 S i O 3 ↓ + 2 N a C l N a 2 S i O 3 + 2 H C l → H 2 S i O 3 ↓ + 2 N a C l
Получить соединения в виде кремниевых кислот можно с помощью другого способа, который представляет собой гидролиз хлорсиланов:
S i H 2 C l 2 + 3 H 2 O → H 2 S i O 3 + 2 H C l + 2 H 2 O S i H 2 C l 2 + 3 H 2 O → H 2 S i O 3 + 2 H C l + 2 H 2 O
Гидрозоли кремниевых кислот используют в качестве наполнителей и связующих веществ в производстве изделий из керамики и разнообразных покрытий. Данные материалы играют роль носителей катализаторов и светочувствительных слоев в фотоматериалах. Их используют, как сырье в производстве следующих видов продукции:
Влияние на организм человека: польза и вред
Кремниевая кислота является неорганическим соединением, которое имеет большое значение в осуществлении метаболических процессов организма:
Кремниевая кислота играет важную роль в метаболизме. Организм человека во взрослом возрасте содержит до 1-2 грамм кремния. Самой высокой концентрацией элемента обладают:
По мере старения организма содержание кремния может снижаться на фоне атеросклероза и опухолевых заболеваний. Данный процесс оказывает негативное влияние на состояние всех внутренних органов и систем.
Польза кремниевой кислоты для организма человека заключается в следующем:
Кремниевую кислоту содержат многие растительные продукты. Самой высокой концентрацией вещества обладают культурные растения с повышенным содержанием клетчатки:
Рацион питания, в котором присутствуют богатые кремнием продукты, восполняет баланс кремниевой кислоты частично. С пищей человек потребляет примерно 1 мг вещества. Норма потребления вещества составляет 5-10 мг ежедневно.
Кремниевая кислота является безопасной биологической добавкой. В том случае, когда человек рационально употребляет ее в пищу, наблюдается положительный эффект. При длительном приеме вещества в больших дозах развиваются следующие осложнения:
Медицинские препараты, содержащие кремний, не рекомендованы к употреблению людям, которые страдают диабетом. Причиной такого ограничения являются риски падения уровня сахара в крови. Кремниевая кислота способна усиливать реакции определенных лекарственных средств, в том числе, диуретиков, БАДов хрома. В связи с этим, перед приемом добавок необходимо проконсультироваться с лечащим специалистом.
