Interested Article - Кремниевые кислоты

Метакремниевая кислота

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде кислоты общей формулы n SiO 2 m H 2 O {\displaystyle n{\textrm {SiO}}_{2}\cdot m{\textrm {H}}_{2}{\textrm {O}}} .

Номенклатура

Из кремниевых кислот известны: метакремниевая H 2 SiO 3 , ортокремниевая H 4 SiO 4 , дикремниевые H 2 Si 2 O 5 и H 10 Si 2 O 9 , пирокремниевая H 6 Si 2 O 7 и поликремниевые n SiO 2 m H 2 O. 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

( SiO 2 ) x + 2 H 2 O H 4 SiO 4 + ( SiO 2 ) x 1 {\displaystyle {\ce {(SiO2)_{x}{}+ 2 H2O <=> H4SiO4 + (SiO2)_{x-1}}}}

Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:

2 H 4 SiO 4 ( HO ) 3 SiOSi ( OH ) 3 + H 2 O {\displaystyle {\ce {2 H4SiO4 -> (HO)3SiOSi(OH)3 + H2O}}}

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 являются слабыми. Для метакремниевой кислоты H 2 SiO 3 константы диссоциации K 1 = 1,3⋅10 −10 , K 2 = 1,6⋅10 −12 , для ортокремниевой H 4 SiO 4 K 1 = 2⋅10 −10 , K 2 = K 3 = K 4 = 2⋅10 −12 .

Кремниевые кислоты растворяются в растворах и расплавах щелочей, образуя силикаты, например:

H 2 SiO 3 + 2 KOH K 2 SiO 3 + 2 H 2 O {\displaystyle {\ce {H2SiO3 + 2 KOH -> K2SiO3 + 2 H2O}}}

Кремниевые кислоты могут взаимодействовать с плавиковой кислотой (HF) с образованием газообразного фторида кремния:

H 2 SiO 3 + 6 HF H 2 SiF 6 + 3 H 2 O SiF 4 + ( 2 HF + 3 H 2 O ) {\displaystyle {\ce {H2SiO3 + 6 HF -> H2SiF6 + 3 H2O -> SiF4 ^ + (2 HF + 3 H2O)}}}

Ортокремниевая кислота в присутствии катализаторов на основе щёлочи (чаще NaOH) способна образовывать ортосиликаты-эфиры в общем случае имеющие вид R 1 R 2 R 3 R 4 SiO 4 , где R 1—4 — органические радикалы, как правило, являющиеся спиртовыми остатками. Известным массовым продуктом является тетраэтилортосиликат состава Si(C 2 H 5 O) 4

Получение

Растворы кремниевых кислот получают:

  • действием сильных кислот на растворимые силикаты натрия или калия:
    Na 2 SiO 3 + 2 HCl H 2 SiO 3 + 2 NaCl {\displaystyle {\ce {Na2SiO3 + 2 HCl -> H2SiO3 v + 2 NaCl}}}
  • гидролизом хлорсиланов:
    SiH 2 Cl 2 + 3 H 2 O H 2 SiO 3 + 2 HCl + 2 H 2 O {\displaystyle {\ce {SiH2Cl2 + 3 H2O -> H2SiO3 + 2 HCl + 2 H2O}}}
  • гидролизом солей кремниевых кислот. Гидролиз идёт ступенчато:
    1-я ступень:
    K 2 SiO 3 + HOH KHSiO 3 + KOH {\displaystyle {\ce {K2SiO3 + HOH -> KHSiO3 + KOH}}}
    2-я ступень:
    KHSiO 3 + HOH H 2 SiO 3 + KOH {\displaystyle {\ce {KHSiO3 + HOH -> H2SiO3 + KOH}}}
    общее молекулярное уравнение:
    K 2 SiO 3 + 2 H 2 O H 2 SiO 3 + 2 KOH {\displaystyle {\ce {K2SiO3 + 2 H2O -> H2SiO3 + 2 KOH}}}
  • 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.

Примечания

  1. В промышленности для синтеза ортосиликатов-эфиров вместо ортокремниевой кислоты используют галогениды кремния.

Литература

  • Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М. : Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2 (Даф-Мед). — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5 .
  • Капуцкий Ф. Н., Тикавый В. Ф. Пособие по химии для поступающих в вузы. — Минск: Выш. школа, 1979. — С. 384.
  • Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы. — М. : Высшая школа, 1994. — С. 447.

Same as Кремниевые кислоты