硅酸
用作干燥剂催化剂等
硅酸是一种无机物,一般指化学式为H2SiO3的硅酸。是一种弱酸,它的盐在水溶液中有水解作用游离态的单分子硅酸,包括原硅酸(H4SiO4)、偏硅酸(H2SiO3)、二硅酸(H2Si2O5)、五水二硅酸(H10Si2O9)、焦硅酸(H6Si2O7),酸性很弱。偏硅酸的电离平衡常数Ka1=2×10-10(室温),正硅酸在pH=2~3的范围内是稳定的,不过若将过饱和的H4SiO4 溶液长期放置,会有无定形的二氧化硅沉淀,为乳白色沉淀,并以胶态粒子、沉淀物或凝胶出现。凝胶中有部分水分蒸发掉,可得到一种多孔的干燥固态凝胶,即常见的二氧化硅凝胶。这种硅酸凝胶具有强的吸附性,可用来作吸潮干燥剂、催化剂,或用作其他催化剂的载体。
简介
与其它无机酸相比,硅酸(或二氧化硅的水合物)的形态与组成状况要复杂得多、基于SiO2与H2O的密切相似性(包括这两种物质晶态结构上的相似性),二氧化硅可以形成多种形态和组成的水合物,其中包括组成确定的单分子型硅酸(如正硅酸,偏硅酸与焦硅酸等)、聚分子型硅酸以及二氧化硅的各种溶胶与凝胶。
物理性质
硅酸为玻璃状无色透明的无定形颗粒,相对密度为2.1~2.3,难溶于水和醇。硅酸有多种分子构成,如二硅酸(H2Si2O5)、偏硅酸、原硅酸(Si(OH)4或H4SiO4)等,一般使用的硅酸为稳定的偏硅酸H2SiO3。
ller曾指出,当将各种硅酸的水溶液蒸发成它们的固相,这些水溶液的个性特征即告完全消失,人们很难判断在这些固相中有无确定组成的某种硅酸,即人们无从回答这些固相中是否曾经含有偏硅酸根,正硅酸根或者在晶态硅酸盐中遇到的那些特征离子与离子群,但在水溶液中(以及某种程度在固相)已经证实有五种组成确定的单分子型硅酸,下表中列出了这五种硅酸的组成以及它们在水中的溶解度:
化学性质
不溶于酸(溶于氢氟酸),溶于苛性碱溶液。和硅胶相比含有较多羟基,是一种高纯试剂硅胶。加热到150℃分解为二氧化硅
硅酸化学性质稳定,除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应,与氢氟酸激烈反应并分解。
二氧化硅不与水反应,即与水接触不生成硅酸,但人为规定二氧化硅为硅酸的酸酐
偏硅酸的两级电离常数数值,由不同方法测量和计算得到得到的数据略有差异。例如通过电位滴定得到的Ka1=4.2*10-10,Ka2=1*10-12。
制备方法
实验室制法
实验室采用水玻璃硅酸钠水溶液)和盐酸反应或者硅酸钠和二氧化碳和水反应制得硅酸胶体。
化学方程式:Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
电离平衡常数:Ka1=2.2*10-10(30℃)
工业制法
1、盐酸法将细孔球形硅胶用盐酸浸泡4~6h后用纯水洗涤,烘干72h以上,用纯水洗涤后,再在70~80℃二次烘干,制得硅酸;
2、在硅酸钠溶液中加入酸与电解质,搅拌下反应生成硅酸凝胶,再经老化、洗涤、干燥、活化制得硅胶。不同的原料配比及工艺条件可制得不同规格的产品;
3、在硅酸钠溶液中加入酸及一定量电解质,在搅拌下反应生成硅酸凝胶,再经老化、洗涤干燥活化制得硅胶。采用不同原料配比及工艺条件可制得不同规格的产品。
不同硅酸的制法
1.五水二硅酸H10Si2O9。这是五种硅酸中含水最高的一种。将正硅酸四乙酯溶于一半体积的乙醇,然后加入59倍体积的水,在17℃长时间搅拌(若少量HCl存在,搅拌时间可以缩短),所得固态产物在11℃缓慢干燥即可得到SiO2·2.5H2O的稳定态物质,但其中所含水分即使在11℃也不易长时间稳定。
2. 正硅酸H4SiO4。有多种途径可制备正硅酸,其中主要有:以四氯化硅或正硅酸乙酯水解;以无机酸稀溶液与Na4SiO4反应;以不含CO2的氯化氢在-25℃与Na4SiO4·4H2O缓慢反应,再用无水乙醇或乙醚洗涤;以80%硫酸在-17℃与正硅酸锂作用等。正硅酸与液氨作用时,其中部分H2O可为NH3所置换,生成SiO·xNH3·yH2O(x+y=2)。正硅酸是一种固态物质,它在300K的水蒸气压只相当于纯水的三分之一。正硅酸大约在pH2-3最为稳定。
3.焦硅酸H6Si2O7。这是正硅酸的一种衍生物。焦硅酸是由沉淀后的二氧化硅缓慢脱水或由水与二氧化硅在恒压下长时作用形成的。在300-320K间,焦硅酸的水蒸气压比H4SiO4的低20%左右。
4.偏硅酸H2SiO3。用适当浓度的H2SO4或丙酮使H4SiO4部分脱水可制成偏硅酸。另一制法是用Na2SiO3的微晶粉末在低于15℃的温度下与80%硫酸作用,大力搅拌,然后加人数升冷水,所得白色固体在洗去硫酸后在双层滤纸间吸干,其它固态硅酸脱水最终也成为偏硅酸。液氨作用于偏硅酸,使组成中部分水为氨所置换;置换上去的氨在-78.5℃不会被泵抽出。
5.偏二硅酸(或二硅酸)H2Si2O5。这种硅酸可通过其它硅酸恒温脱水制备。H2SiO3在45℃时转变为H2Si2O5;在50℃时此过程是可逆的。H2Si2O5的水蒸气压比H2SiO3的小得多:320K时为9mmHg对16mmHg;350K时为14mmHg对28mmHg。偏二硅酸也可用浓盐酸处理硅酸钠来制备;此法用Na2SiO3、Na2Si2O5或NaHSiO3均无妨,因为随后用无水丙酮长时间脱水120小时,最终会得到含0.5molH2O比例的固态产物。其它任何硅酸经P2O5强烈脱水也可得到相同的定组成化合物、偏二硅酸是一种白色固体粉末,当它的微细颗粒悬浮于水中时,呈现丝状外观,并可得到它的X射线衍射图,但在150℃它转变为无定形,它与液氨作用后生成另一种固体,其中有半数H2O为NH3所置换。该物质的X射线衍射图与H2Si2O5的颇相似,证明NH4HSi2O5形成,同时说明氨的碱性仅足以与H2Si2O5的第一级解离氢反应。
应用领域
用于气体及蒸汽的吸附,油脂、蜡的脱色,催化剂及其载体的制备。
用于生产钨丝的溶剂,分析化学上的化学试剂、接触剂和色谱分离的吸附剂,制造硅胶和硅酸盐的原料。
在分析化学中能将不溶性氟化物氟化钙氟化铝转化为可溶性溶液,进行氟的测定。
计算化学数据
1、 氢键供体数量:4
2、 氢键受体数量:4
3、 可旋转化学键数量:0
4、 拓扑分子极性表面积(TPSA):80.9
5、 重原子数量:5
6、 表面电荷:0
7、 复杂度:19.1
8、 同位素原子数量:0
9、 确定原子立构中心数量:0
10、 不确定原子立构中心数量:0
11、 确定化学键立构中心数量:0
12、 不确定化学键立构中心数量:0
13、 共价键单元数量:1
贮存方法
保持贮藏器密封、储存在阴凉、干燥的地方,确保工作间有良好的通风或排气装置。
存放于阴凉干燥处,避免受潮。脱附加热的温度控制在120~180℃为宜,对于蓝胶指示剂、变色硅胶、蓝色硅胶则控制在100~120℃为宜。
参考资料
硅酸.化学品数据库.
硅酸.CAS数据库表.
最新修订时间:2025-03-28 17:17
目录
概述
简介
物理性质
参考资料