Кремниевые кислоты

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.).

Метакремниевая кислота состоит из структурных звеньев, имеющих тетраэдрическое строение. Звенья соединяются в цепи, образуя поликремниевые кислоты.

Все поликремниевые кислоты малорастворимы в воде. В воде образуют коллоидные растворы по общей схеме реакции:

${\displaystyle {\mathsf {(SiO_{2})_{x}+2H_{2}O\rightleftarrows H_{4}SiO_{4}+(SiO_{2})_{x-1}}}}$

Образовавшаяся неустойчивая ортокремниевая кислота вступает в реакции поликонденсации:

${\displaystyle {\mathsf {2H_{4}SiO_{4}\rightarrow (HO)_{3}SiOSi(OH)_{3}+H_{2}O}}}$

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:

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}SiO_{3}+2KOH\rightarrow K_{2}SiO_{3}+2H_{2}O}}}$

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

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

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

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

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}SiO_{3}+2HCl\rightarrow H_{2}SiO_{3}\downarrow +2NaCl}}}$

гидролизом хлорсиланов:

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

гидролизом солей кремниевых кислот. Гидролиз идёт ступенчато:

1 ступень:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SiO_{3}+HOH\rightleftarrows KHSiO_{3}+KOH}}}$

2 ступень:

${\displaystyle {\mathsf {KHSiO_{3}+HOH\rightleftarrows H_{2}SiO_{3}+KOH}}}$

Общее молекулярное уравнение:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SiO_{3}+2H_{2}O\rightarrow H_{2}SiO_{3}+2KOH}}}$

а также методами электродиализа и ионного обмена.

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.

• 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.