Неорганическая химия
Аморфный кремнезем может вступать в химическое взаимодействие с щелочами и гашеной известью уже на холоду. На этом основано использование этих материалов в качестве гидравлических добавок в цементах. Имеющаяся в цементе известь взаимодействует с аморфным кремнеземом с образованием силикатов кальция. Этот процесс можно выразить следующим уравнением реакции:
SiO2 + Ca(OH)2 = H2O + CaSiO3
При сплавлении все модификации SiO2 легко взаимодействуют с основными оксидами, щелочами и карбонатами, например:
SiO2 + 2NaOH = H2O + Na2SiO3
SiO2 + Na2СО3 = СО2 + Na2SiO3
Кремневые кислоты и силикаты
Свободная кремневая кислота известна в виде нескольких форм: H4SiO4 или SiO2.2H2O – ортокремневая кислота; H2SiO3 или SiO2.H2O – мета кремневая кислота; H2Si2O5 или 2SiO2.H2O – двуметакремневая кислота.
Мономолекулярные кремневые кислоты неустойчивы и обычно конденсируются в полимерные практически нерастворимые в воде формы.
Кремневые кислоты слабее угольной кислоты.
Диссоциацию метакремневой кислоты можно представить уравнением реакции:
H2SiO3 D H+ + HSiO3- Кд1 = 2.10-10
HSiO3- D H+ + SiO32- Кд2 = 1.10-12
Диоксид кремния SiO2 в воде не растворяется, поэтому кремневая кислота получается косвенным путем – действием кислоты на растворимые силикаты:
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl
Поликремневые кислоты в воде не растворимы, легко образуют коллоидные растворы – золи. Устойчивость золей этих кислит зависит от рН раствора.
Строение мицеллы кремневой кислоты условно можно выразить формулой:
{[SiO2.mH2O]m.xHSiO3- (x-y)H+}-yyH+
Золи кремневых кислот обладают гидрофильными свойствами. Прибавлением электролитов не всегда удается вызвать коагуляцию. Для более быстрой коагуляции необходимо добавить баритовой воды или концентрированного раствора Al2(SO4)3
При коагуляции кремнево-кислых золей образуются гели переменного состава с общей формулой SiO2.хH2O.
Гель кремневых кислот представляет собой микрогетерогенную систему, состоящей из губчатой твердой фазы, в порах которой распределена вода. Высушенные гели кремневых кислот называются силикагелями. Они обладают сильно развитой внутренней поверхностью и являются хорошими сорбентами. Силикагель сильно поглощает пары воды, поэтому его используют для осушки газов.
Соли кремневых и поликремневых кислот называются силикатами.
В воде растворимы только силикаты щелочных металлов, остальные силикаты малорастворимы в воде.