Кремниевые кислоты

Содержание

Номенклатура
Строение
Физические и химические свойства
Получение
Применение

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

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:

{mathsf {(SiO_{2})_{x}+2H_{2}Orightleftarrows H_{4}SiO_{4}+(SiO_{2})_{{x-1}}}}

Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:

{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:

{mathsf {H_{2}SiO_{3}+2KOHrightarrow K_{2}SiO_{3}+2H_{2}O}}

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

\text{[math]}

Ортокремниевая кислота в присутствии катализаторов на основе щёлочи (чаще NaOH) способна образовывать ортосиликаты-эфиры 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:

{mathsf {Na_{2}SiO_{3}+2HClrightarrow H_{2}SiO_{3}downarrow +2NaCl}}

гидролизом хлорсиланов:

{mathsf {SiH_{2}Cl_{2}+3H_{2}Orightarrow 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.