HimMax

Кремниевая кислота

ГОСТ 4214-78

nSiO₂•mH₂O

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде кислоты общей формулы nSiO₂•mH₂O.

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:

( S i O 2 ) x + 2 H 2 O ⇄ H 4 S i O 4 + ( S i O 2 ) x − 1 {\displaystyle {\mathsf {(SiO_{2})_{x}+2H_{2}O\rightleftarrows H_{4}SiO_{4}+(SiO_{2})_{x-1}}}}

Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:

2 H 4 S i O 4 → ( H O ) 3 S i O S i ( O H ) 3 + H 2 O {\displaystyle {\mathsf {2H_{4}SiO_{4}\rightarrow (HO)_{3}SiOSi(OH)_{3}+H_{2}O}}}

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 H₂SiO₃ константы диссоциации K₁ = 1,3•10^-10, K₂ =1,6•10^-12, для ортокремниевой H₄SiO₄ K₁ = 2•10^-10, K₂ = K₃ = K₄ = 2•10^-12.

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

H 2 S i O 3 + 2 K O H → K 2 S i O 3 + 2 H 2 O {\displaystyle {\mathsf {H_{2}SiO_{3}+2KOH\rightarrow K_{2}SiO_{3}+2H_{2}O}}}

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

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 {\displaystyle {\mathsf {H_{2}SiO_{3}+6HF\rightarrow H_{2}SiF_{6}+3H_{2}O\rightarrow SiF_{4}\uparrow +2HF\uparrow +3H_{2}O}}}

Ортокремниевая кислота в присутствии катализаторов на основе щёлочи (чаще NaOH) способна образовывать ортосиликаты-эфиры^[1] в общем случае имеющие вид R¹R²R³R⁴SiO₄, где R^1-4 - органические радикалы, как правило, являющиеся спиртовыми остатками. Известным массовым продуктом является тетраэтилортосиликат состава Si(C₂H₅O)₄

Получение

Растворы кремниевых кислот получают действием сильных кислот на растворимые силикаты натрия или калия:

N a 2 S i O 3 + 2 H C l → H 2 S i O 3 ↓ + 2 N a C l {\displaystyle {\mathsf {Na_{2}SiO_{3}+2HCl\rightarrow H_{2}SiO_{3}\downarrow +2NaCl}}}

гидролизом 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 {\displaystyle {\mathsf {SiH_{2}Cl_{2}+3H_{2}O\rightarrow H_{2}SiO_{3}+2HCl+2H_{2}}}}

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.