Оглавление 181 182 183 184 185 — — — 270 

Кремневые кислоты и их соли. Кремневый ангидрид является кислотным окислом, которому соответствует ортокремневая кислота H4SiO4. Эта кислота очень легко конденсируется с образованием высокомолекулярной метакремневой кислоты 2SiO3)x. Упрощенную формулу метакремневой кислоты записывают так: Н2SiO3. Соли кремневых кислот называются кремнекислыми солями, или силикатами.

Силикаты калия и натрия получаются при сплавлении кремнезема с едкими щелочами или карбонатами калия и натрия, например:

 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O

SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2

Образующиеся при этом сплавы имеют вид стекловидных масс и в отличие от всех остальных силикатов, растворяются в воде. Поэтому силикаты калия и натрия получили название растворимого стекла. 

Приведенные выше формулы силикатов калия и натрия являются упрощенными. В действительности эти силикаты имеют переменный состав, выражаемый общей формулой R2O•SiO2, где R означает калий или натрий.

Растворимое стекло в виде водных растворов, называемых жидким стеклом, применяется для изготовления кислотоупорного цемента и бетона, для керосинонепрони-цаемых штукатурок по бетону, для пропитывания тканей, для приготовления огнезащитных красок по дереву, для химического укрепления слабых грунтов.

При действии соляной или серной кислоты на раствор Na2SiO3 или К2SiO3 получается свободная метакремневая кислота, которая в зависимости от концентрации взятых растворов или выделяется из раствора в виде студенистого, осадка (иногда при этом вся жидкость превращается в студень), или остается в растворе вколлоидном состоянии.

Реакцию образования кремневой кислоты можно выразить следующим уравнением:

 Na2SiO3 + 2НСl = H2SiO3 + 2NaCl

Выделяющийся из раствора студенистый осадок кремневой кислоты содержит огромное количество воды, которая может быть удалена нагреванием. Однако таким путем никакой определенной кислоты, состав которой можно было бы выразить формулой, получить не удается: осадок постепенно теряет воду, пока, наконец, при прокаливании не превратится в чистый безводный кремневый ангидриде Полагают, что кремневый ангидрид образует много различных кремневых кислот, отличающихся, подобно фосфорным кислотам, различным содержанием воды. На их существование указывает большое число разнообразных солей, которым соответствуют кислоты: H2SiO3(SiO2 + H2O), H4SiO4(SiO2 + 2H2O) и т. д.

Состав кремневых кислот можно выразить общей формулой: mSiO2 nН2O, где т и п — целые числа. Кислоты, для которых m>1, называются поликремневыми кислотами.

Пока с достоверностью установлено существование трех кисслот — ортокремневой H4SiO4, метакремневой H2SiO3, точнее (H2SiO3)x, и двуметакремневой (H2Si2O5)x. Когда при реакции выделяется кремневая кислота, то для выражения ее состава обычно пользуются упрощенной формулой метакремневой кислоты H2SiO3.

Если из студенистого осадка кремневой кислоты удалить большую часть воды (не доводя его, однако, до полного обезвоживания), то получается твердая, белая, слегка просвечивающая масса, пронизанная множеством тончайших пор и обладающая огромной адсорбционной способностью. Такой продукт называется сил ика гелем Он изготовляется в больших количестрах в промышленности и широко применяется для поглощения различных паров и газов, для очистки минеральных масел, как катализатор при многих реакциях и т.п. Силикагель используется также в качестве основы для нанесения катализаторов при получении серной кислоты контактным методом.

Кремневая кислота очень слабая, поэтому Na2SiО3 и K2SiO3 в растворах сильно гидролизованы и показывают щелочную реакцию.

Соли кремневой кислоты — силикаты — чрезвычайно распространены в природе. Как уже упоминалось, земная кора состоит главным образом из кремнезема и различных силикатов. К природным силикатам принадлежат полевые шпаты, слюды, глины, асбест, тальк и многие другие минералы. Силикаты входят в состав целого ряда горных пород: гранита, гнейса, базальта, различных сланцев и т. д. Многие драгоценные камни, например изумруд, топаз, аквамарин, представляют собой хорошо образованные, кристаллы природных силикатов.

Состав природных силикатов выражается в большинстве случаев довольно сложными формулами. Ввиду сложности этих формул, а также недоказанности существования соответствующих поликремневых кислот принято писать их несколько иначе, чем обычные формулы солей.

Дело в том, что всякую соль кислородной кислоты можно рассматривать как соединение кислотного окисла с основным (или даже с двумя основными окислами, если это двойная соль). Например, СаСО3 можно рассматривать как соединение СаО и СO2, Аl2(SO4)3 — как соединение Аl2O3 и 3SO3 и т. д. На этом основании при изображении состава силикатов обыкновенно пишут отдельно формулы кремневого ангидрида и всех окислов, образующих силикат, не сливая их в одну формулу соли.

Приведем формулы некоторых природных силикатов:

Каолин Аl2O3 • 2SiO2 • 2Н2O, или H4Al2Si2O9.

Слюда белая К2O • 3Аl2O3•6SiO2•2Н2O, или H4K2Al6Si6O24.

Асбест СаО • 3MgO • 4SiO2, или CaMg3Si4O12.

Как уже указывалось ранее, силикаты, содержащие алюминий, называются алюмосиликатами. Самыми важными из них являются полевые шпаты.

В состав полевых шпатов, кроме окислов кремния и алюминия, входят еще окислы калия, натрия или кальция. Обыкновенный полевой шпат, или ортоклаз, содержит окись калия; состав его выражается формулой К2О • Аl2O3• 6SiO2. Преобладающий цвет полевых шпатов — белый или красный. Они встречаются как сплошными залежами, так и в составе сложных горных пород.

К алюмосиликатам относятся также довольно известные минералыслюды, отличающиеся способностью раскалываться на тонкие, гибкие листочки. Слюды имеют очень сложный состав и наряду с кремнием и алюминием содержат водород, калий или натрий; некоторые слюды содержат также кальций, магний и железо. Обычная белая слюда, большие прозрачные пластинки которой вследствие их тугоплавкости часто применяются для закрывания отверстий в различных печах, является силикатом калия и алюминия. Слюды, содержащие много железа и магния, имеют черный цвет. Отдельно слюды встречаются не часто, но зато входят в состав очень многих сложных горных пород. Из кристалликов кварца, полевого шпата и слюды состоят самые распространенные сложные горные породы — граниты и гнейсы.

На поверхности земли минералы и горные породы, соприкасаясь с атмосферой и подвергаясь механическому и химическому действию воды и воздуха, постепенно изменяются и разру-шаются. Это разрушение, обусловленное совместной деятельностью воды и воздуха, носит название выветривания. Особенное значение имеет разложение полевых шпатов, например ортоклаза. Вода, содержащая углекислый газ, действует на ортоклаз таким образом, что К2О отщепляется и, соединяясь с СО2, дает поташ К2СО3; отщепляется также часть SiО2, а остаток соединяется с водой и образует новый силикат — к а ол и н, составляющий основу различных глин.

Разложение ортоклаза можно выразить следующим уравнением:

К2О•Аl2O3 • 6SiO2 + СО2 + nН2O = K2CO3 + 4SiO2 • mH2O + Al2O3•2SiO2•2H2O

Подобно полевым шпатам, но более медленно, разлагаются слюды.

Процесс превращения полевых шпатов и других алюмосиликатов в каолин называется каолинизацией. Так как полевые шпаты очень распространены, то в результате их разложения в природе образуются огромные количества глины.

Чистый каолин встречается сравнительно редко. Он имеет белый цвет и содержит лишь незначительную примесь кварцевого песка. Такой каолин ценится как материал для приготовления фарфора. Богатые залежи каолина имеются во многих местах Советского Союза, особенно в южной его части. Лучший каолин получают из месторождений Глуховского района УССР. Обыкновенная глина представляет собой смесь каолина с другими веществами, окрашивающими ее в желтовато-бурый или синеватый цвет. Некоторые сорта глин, интенсивно окрашенные окислами железа,, применяются в качестве минеральных красок (охра и др.).

Соединения кремния играют важную роль в народном хозяйстве. Кремнезем и природные силикаты служат исходными материалами при производстве стекла, керамиковых изделий, фарфора и фаянса, строительных и вяжущих материалов. Все эти производства составляют большую отрасль народного хозяйства, носящую название силикатной промышленности.

182 183 184

Вы читаете, статья на тему Кремневые кислоты и их соли