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

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

${\displaystyle {\ce {(SiO2)_{x}{}+ 2 H2O <=> H4SiO4 + (SiO2)_{x-1}}}}$

Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:

${\displaystyle {\ce {2 H4SiO4 -> (HO)3SiOSi(OH)3 + H2O}}}$

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:

${\displaystyle {\ce {H2SiO3 + 2 KOH -> K2SiO3 + 2 H2O}}}$

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

${\displaystyle {\ce {H2SiO3 + 6 HF -> H2SiF6 + 3 H2O -> SiF4 ^ + (2 HF + 3 H2O)}}}$

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:

  ${\displaystyle {\ce {Na2SiO3 + 2 HCl -> H2SiO3 v + 2 NaCl}}}$

• гидролизом хлорсиланов:

  ${\displaystyle {\ce {SiH2Cl2 + 3 H2O -> H2SiO3 + 2 HCl + 2 H2O}}}$

• гидролизом солей кремниевых кислот. Гидролиз идёт ступенчато:

  1-я ступень:

  ${\displaystyle {\ce {K2SiO3 + HOH -> KHSiO3 + KOH}}}$

  2-я ступень:

  ${\displaystyle {\ce {KHSiO3 + HOH -> H2SiO3 + KOH}}}$

  общее молекулярное уравнение:

  ${\displaystyle {\ce {K2SiO3 + 2 H2O -> H2SiO3 + 2 KOH}}}$

• 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

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.