Кремниевые кислоты

Метакремниевая кислота

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

Содержание

1 Номенклатура
2 Строение
3 Физические и химические свойства
4 Получение
5 Применение

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:

(SiO 2) x + 2 H 2 O ⇄ H 4 SiO 4 + (SiO 2) x-1

Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:

2 H 4 SiO 4 \to (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 SiO 3 + 2 KOH \to K 2 SiO 3 + 2 H 2 O

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

H 2 SiO 3 + 6 HF \to H 2 SiF 6 + 3 H 2 O \to SiF 4 ↑ + 2 HF ↑

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:

Na 2 SiO 3 + 2 HCl \to H 2 SiO 3 ↓ + 2 NaCl

гидролизом хлорсиланов:

SiH 2 Cl 2 + 3 H 2 O \to H 2 SiO 3 + 2 HCl + 2 H 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.