Метасиликат натрия

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Метасилика́т на́трия — неорганическое соединение, соль щелочного металла натрия и метакремниевой кислоты с формулой $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$, бесцветные или белые кристаллы, растворяется в холодной воде, образует кристаллогидраты.

Водный раствор известен под названием «жидкое стекло».

Нахождение в природе

Входит в состав редких минералов эртиксиита $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_9$ и натросилита $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$.

История открытия

Метасиликат натрия был впервые обнаружен фламандским ятрохимиком и врачом Яном Баптиста ван Гельмонтом (1579—1644) в виде жидкого вещества, полученного при плавлении песка с избытком щёлочи. В 1646 году Иоганн Рудольф Глаубер (1604—1670) используя поташ и кремнезём получил вещество, которое он назвал «liquor silicum». И, наконец, в 1818 году немецкий химик и минеролог Иоганн Непомук фон Фукс (1774—1856) воздействуя на кремнёвую кислоту щёлочью получил вещество которое впоследствии стали называть «жидкое стекло».

Получение

Сплавлением диоксида кремния с едким натром или карбонатом натрия:

$\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{900-1000{\phantom{A}}^{\circ }\text{C}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

или:

$\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\stackrel{1150{\phantom{A}}^{\circ }\text{C}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Разложением ортосиликата натрия:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_4\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\stackrel{1120{\phantom{A}}^{\circ }\text{C}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Безводную соль получают нагреванием кристаллогидрата:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\cdot 9\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶[100-300{\phantom{A}}^{\circ }\text{C}]\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+9\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Физические свойства

Метасиликат натрия образует бесцветные или белые кристаллы ромбической сингонии, пространственная группа C cm2, параметры ячейки a = Шаблон:Nobr b = Шаблон:Nobr c = Шаблон:Nobr Z = 4.

Хорошо растворим в холодной воде, концентрированные растворы образуют коллоидный раствор «жидкое стекло» гидрозоля переменного состава $\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\cdot n\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Из водных растворов выделяется кристаллогидрат $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\cdot 9\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$, который плавится при Шаблон:Nobr в собственной кристаллизационной воде и начинает разлагаться при температуре выше Шаблон:Nobr

В безводном твёрдом веществе метасиликатные анионы фактически является полимером, состоящим из тетраэдров $\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ с общими вершинами, а не отдельных ионов $\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}$.

Также известны ряд кристаллогидратов с общей формулой $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\cdot n\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$, n = 5, 6, 8, 9 содержащие обособленный гидратированный, приблизительно тетраэдрический анион $\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{2-}$. Коммерчески доступны пентагидрат силиката натрия $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}\cdot 5\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ или $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2\cdot 4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ и нонагидрат $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3\cdot 9\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ или $\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2\cdot 8\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$. Пентагидрат и нонагидрат имеют свои собственные номера CAS: 10213-79-3 и 13517-24-3 соответственно. Нонагидрат плавится при температуре 48 °C, а пентагидрат — при 72 °C.

Химические свойства

Водные растворы имеют щелочную реакцию из-за гидролиза по аниону.

Разлагается в горячей воде с гидролизом:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+(\mathrm{n}+1)\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{T}}{\to }2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}+(\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\cdot n\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O})\downarrow$.

Разлагается кислотами:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}⟶2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\downarrow +\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

и щелочами:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_4\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Реагирует с углекислым газом:

$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\downarrow$.

Применение

• Компонент шихты в производстве неорганического стекла.
• Компонент жаростойких красок.
• Добавка в моющие средства и мыло.
• Для пропитки горючих материалов для придания им негорючести.
• В производстве жаростойких кислотоупорных бетонов.
• Наполнитель в облегчённых цементных растворах для цементирования нефтегазовых скважин.
• Водный раствор применяется как клей под названием «жидкое стекло».
• В качестве пищевой добавки (E550), для предотвращающего слипания.
• Для сохранения яиц. Когда свежие яйца погружаются в раствор силиката натрия, бактерии, способные разрушить яйцо, удаляются, сохраняя яйцо до девяти месяцев. Перед приготовлением в кипящей воде скорлупы яиц, законсервированных таким образом, необходимо проткнуть скорлупу, чтобы дать выход пару, поскольку скорлупа перестаёт быть пористой.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга