Как образуется кремниевая кислота уравнение

Кремниевая кислота

Кремниевая кислота

Строение молекулы и физические свойства

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения общей формулы nSiO₂•mH₂O. Образует коллоидный раствор в воде.

Метакремниевая H₂SiO₃ существует в растворе в виде полимера:

Способы получения

Кремниевая кислота образуется при действии сильных кисло т на растворимые силикаты (силикаты щелочных металлов).

Например , при действии соляной кислоты на силикат натрия:

Видеоопыт получения кремниевой кислоты из силиката натрия можно посмотреть здесь.

Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:

Химические свойства

1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами :

Например , кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидроксидом калия:

2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду :

Силикаты

Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1 . Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

2. Сплавление с основными оксидами:

СаО + SiO₂ → CaSiO₃

3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na₂CO₃, известняка CaCO₃ и белого песка SiO₂:

Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато-лиловый.

Кремниевая кислота: что это, формула, получение, польза и вред

Кремниевая кислота – это практически нерастворимое в обычной воде вещество. При контакте с жидкостью она образует дисперсную систему. Образуется крайне нестабильное химическое соединение, которому характерен распад даже в нормальных условиях, без резкого перепада температуры или давления. Не считается особенно активной, кремниевая кислота – это слабое соединение, которое, впрочем, отмечает у себя все свойства присущие другим кислотам. Слабость соединения проявляется в том, что оно не изменяет цвет индикаторов, необходимых для определения свойств среды, в которую их погружают. Если под воздействием других соединений, принадлежащих к категории кислот, метилоранж меняет свой цвет на малиновый, а лакмус – на красный, то при контакте с кремниевой кислотой их внешние характеристики не изменяются. Кислота не способна вредить тканям и вызывать повреждения кожного покрова.

При разложении в условиях повышенной температуры происходит образование оксида кремния и воды. Первый пользуется большой популярностью в промышленности, он известен как кварцевый песок. В процессе разложения на составляющие одной молекулы кремниевой кислоты можно получить одну молекулу H20 и одну – SiO2.

Кремниевая кислота прекрасно образует соли. Для этого в нее необходимо добавить металл. В процессе произойдет реакция замещения, по итогу которой образуется кремниевая соль и выделится водород в газообразной форме.

Что такое кремниевая кислота?

Кремниевая кислота – это очень важный элемент, отвечающий за протекание процессов метаболизма в организме человека. Для поддержания правильной работы всех систем и всех органов взрослому человеку достаточно от 1 до 2 граммов кремния. Наибольшая концентрация вещества требуется крови, соединительным тканям и костям, содержание кремния в котором к старости становится недостаточным. Соединение принимает активное участие в усвоении необходимых организму минералов и витаминов, оно нейтрализует тяжелые металлы и токсины и поддерживает здоровье сердечной мышцы, оказывает влияние на выработку коллагена.

Формула кремниевой кислоты

Формула кремниевой кислоты выглядит следующим образом:

Формула кремниевой кислоты

Химические свойства кремниевой кислоты

Кремниевая кислота не растворяется в воде. Ее кислотные свойства выражены очень и очень слабо, что объясняет тот факт, почему кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами.

Молекула кремниевой кислоты

При повышении температуры соединение раскладывается на две составляющие: воду и оксид кремния.

Получить кремниевую кислоту в чистом виде невозможно. В воде она образует дисперсную среду, при высушивании получаются продукты с пористой структурой.

Кремниевая кислота выглядит как белый кристаллический стекловидный материал. Она не реагирует с другими кислотами.

Соли кремниевой кислоты и их свойства

Силикаты – это соли, полученные из реакции с кремниевой кислотой. Большая часть из них не растворяется в воде. Исключение представляют только соли натрия и калия, известные ещё как «жидкое стекло».

Выделяют несколько основных способов получения силикатов:

• Растворение кремниевой кислоты в щелочи.
• Сплавление с оксидами.
• Взаимодействие растворимых силикатов с солями.

Соли кремниевой кислоты или силикаты, в большинстве своем, не растворяются в воде – растворению подлежат только силикаты натрия и калия. Они образуются вследствие сплавления диоксида кремния с едкими щелочами или карбонатами соответствующих веществ.

Структуры силикатов многообразны, но основу каждой из них составляют комбинации кремния и кислорода.
Свойства силикатов различны: определяются они составом и строением соединений. Часто силикаты образуют прозрачные ярко окрашенные кристаллы, некоторые из них широко применяют в создании ювелирных украшений. Твердость может быть как совсем маленькой, там и довольно значительной.

Силикаты взаимодействуют с кислотами и растворимыми солями. В водных растворах соединения подвергаются гидролизу и обладают высокой щелочной реакцией.

В промышленности соединения называют жидкими стеклами. Они получили широкое применение в производстве мыла, окрашивании, производстве бумаги, их также применяют для пропитки древесины и тканей для повышения их устойчивости к воздействию огня и стойкости к процессам гниения.

Жидкое стекло представляет собой одно из наиболее важных клеящих веществ. Это обусловлено тем, что силикат натрия находится в нем в виде макромолекул. Жидкое стекло необходимо для пропитки текстиля и древесины для придания им огнестойкости.

Натуральные силикаты образуются преимущественно из расплавленной магмы.

Получение кремниевой кислоты, уравнение

Основной способ получения кремниевой кислоты – посредством воздействия сильной кислотой на силикат калия или натрия. Получить на выходе идеально чистое соединение невозможно ни одним из способов.

Кремниевые соединения можно получить и посредством гидролиза хлорсиланов.

Кремниевую кислоту получают вследствие реакции оксида кремния с щелочами. Реакция выглядит следующим образом:

Допустимые нормы приема кремниевой кислоты

Кремниевая кислота является важным компонентов, обеспечивающим нормальное функционирование организма. Она известна как элемент жизни и красоты благодаря благотворному влиянию, оказываемому на человека. Большая часть кремния в человеческом скелете сосредоточена в хрящевой и эпителиальной тканях, а также в кровеносных сосудах, волосах и лимфатических узлах.

Взрослый человек в сутки должен получать от 0,005 мг до 0,02 мг кремниевой кислоты. Максимальная дозировка не должна превышать 0,1 грамма. Беременным и кормящим женщинам рекомендуется увеличить количество потребляемого соединения в 4 раза: это обусловлено тем, что организм испытывает сумасшедшие нагрузки, обеспечивая рост и развитие не только себя самого, но и будущего малыша. Норма для детей в возрасте до 12 лет и пожилых людей – 0,04 грамма и больше. Это связано с тем, что в первом случае организм находится в стадии активного роста, а значит требует дополнительного снабжения важными веществами. Во втором случае повышенная потребность в кремниевой кислоте обусловлена тем, что его содержание в организме снижается и пополнять нехватку необходимо искусственным путем.

Конкретная дозировка вещества, рекомендованная для ежесуточного употребления устанавливается для каждого человека индивидуально. Она зависит от его веса, возраста и особенностей организма.

Недостаточное количество кремниевой кислоты в организме может привести к развитию слабости мышечной ткани и снижению прочности костей. Волосы при недостатке кремниевой кислоты становятся тонкими и ломкими, теряют свою яркость и начинают выпадать. Могут развиваться воспалительные болезни пищеварительного тракта.

Излишек кремниевой кислоты может оказывать негативный эффект на состояние организма. Особенно подвержены этому люди, регулярно пребывающие на тяжелом производстве или в шахте, где им приходится контактировать с минеральной пылью в высоких концентрациях. При избытке кремниевой кислоты в организме могут возникать нарушения метаболизма и заболевания верхних дыхательных путей.

Особенности применения кремниевой кислоты

Благодаря своей структуре кремниевая кислота получила широкое распространение как абсорбент, поглощающий токсичные соединения. Кремниевая кислота входит в состав некоторых гелей, применяемых для лечения пищевых отравлений и прочих проблем, связанных с нарушениями работы желудочно-кишечного тракта. Соединение можно также встретить в составе систем, предназначенных для фильтрации.

Кремниевая кислота является важным компонентом, необходимым для поддержания здорового состояния кожи, волос и ногтей, поэтому вещество можно встретить в составе косметических средств: как уходовых, так и декоративных. Препараты, в состав которых входит кремний и его соединения, обеспечивают высокую гибкость соединительных тканей и внутренних органов, а также улучшают процесс усвоения кальция, что делает костную ткань более прочной. Именно поэтому кремний важен для детей и пожилых людей: первым он необходим для развития скелета, а вторым – для снижения уровня хрупкости костей.

Кремниевая кислота применяется в нефтедобывающей сфере: там она нужна для очистки углеводородов от примесей смол. В атомной отрасли кремниевая кислота необходима для очистки сточных вод и отделения изотопов от радиоактивных соединений.

Кроме того, рассматриваемое вещество получило широкое распространение в обычной жизни. Так, например, процесс сушки обуви в период сильных осадков требует в разы меньше времени, если в кроссовки положить пакетик, наполненный силикатным порошком. Силикагель позволяет удалить неприятные запахи: пакетики с ним можно располагать в шкафу или в сумке. Кремниевая кислота дает возможность спасти столовое серебро от почернения.

Данная кислота помогает значительно продлить срок эксплуатации лезвий, применяемых для бритья: для защиты их от коррозии нужно в коробочку с лезвиями поместить несколько капсул с силикагелем. Аналогичным образом вещество сказывается на состоянии фотографий и прочих вещей, которым свойственно со временем тускнеть или темнеть, изменяя свои внешние характеристики под воздействием факторов окружающей среды. Владельцам автомобилей кремниевая кислота помогает уменьшить степень запотевания ветровых стекол: достаточно расположить пакетик с ней на приборной панели.

Влияние кремниевой кислоты на организм человека

Кремниевая кислота в течение долгих лет применяется для поддержания здоровья и красоты. Она помогает сделать кожу красивой и эластичной, укрепляет волосы, ногти и кости. Соединение оказывает положительное влияние на общее состояние всех систем организма. Особенно важно контролировать его концентрацию в зрелом возрасте, когда его количество ощутимо снижается. Получить кремниевую кислоту можно из зерновых продуктов, некоторых сортов овощей и фруктов, а также из специальной, насыщенной кремнием воды.

Влияние кремниевой кислоты на кожу

Кремниевая кислота – это важный строительный материал. Она способствует активной выработке коллагена, позволяющего сделать кожу более упругой. Помимо этого, рассматриваемое вещество позволяет удерживать влагу, при недостатке которой кожа теряет свою привлекательность, становится сухой и серой, начинает шелушиться.

Влияние кремниевой кислоты на волосы и ногти

Кремниевая кислота оказывает положительное влияние на состояние волос и ногтевых пластин. Она образует крепкие структуры и делает ткани более прочными.

Влияние кремниевой кислоты на кости

Специалисты подтвердили, что кремниевая кислота оказывает положительное влияние на прочность костной ткани. Люди, получающие достаточное количество соединения, обладают более прочными и плотными костями.

Влияние кремневой кислоты на уровень продуктивности

Всем, кто жалуется на снижение работоспособности, рекомендуется употреблять кремниевую воду – она благоприятным образом сказывается на уровне работоспособности и умственной деятельность. Ученые утверждают, что кремниевая кислота нейтрализует эффект от негативного воздействия алюминия, способного привести к развитию болезни Альцгеймера в пожилом возрасте.

Польза кремниевой кислоты

Кремниевая кислота так же важна для человека, как и кальций, принимающий активное участие развитии скелета. Рассматриваемое вещество регулирует усвоение кальция и магния, оказывает благоприятное влияние на состояние соединительных тканей и ускоряет метаболизм.

Кроме того, кремниевая кислота принимает участие в усвоении организмом более 70 крайне важных для организма минеральных солей и витаминов. Она способствует росту костей и предотвращает развитие остеопороза. Соединение стимулирует работу иммунной системы и улучшает защитную способность организма; кремниевая кислота укрепляет сосуды и суставы.

Кремниевая кислота поддерживает сердечно-сосудистую систему и предотвращает закупорку сосудов, сказываясь на степени проницаемости артериальной ткани. Вещество улучшает процесс пищеварения, укрепляя слизистую оболочку желудка. Она оказывает положительный эффект на способность организма к регенерации.

Вред кремниевой кислоты

Кремниевая кислота сама по себе не способна оказать негативного эффекта на состояние здоровья, если не употреблять ее сверх нормы. В случае передозировки могут появляться следующие побочные эффекты:

• образование камней в почках;
• ухудшение состояния сердечно-сосудистой системы и появление заболеваний сосудов;
• повышение уровня сахара в крови;
• учащение мочеиспускания.

При регулярном превышении допустимой концентрации кремния могут возникать проблемы с почками. Избыток кислоты также может негативным образом сказаться на состоянии барьера, защищающего мозг.

Кроме того, стоит помнить о том, что кремнию и его соединениям свойственно усиливать действие принимаемых медицинских препаратов. Поэтому прежде чем комбинировать его с медикаментозной терапией, необходимо проконсультироваться у врача.

Где купить кремниевую кислоту и сколько она стоит

Приобрести кремниевую кислоту можно как у частных поставщиков, так и в специализированных магазинах, некоторые формы вещества вы сможете найти в аптеке. Так, кремниевая вода обычно продается примерно за 250 рублей/литр. Силикагель реализуют по цене 100-150 рублей за 500 граммов.

Заключение

Кремниевая кислота – это нерастворимое в воде соединение, обладающее крайне неустойчивой структурой. Она оказывает влияние на протекание метаболизма, состояние костей, ногтей и волос, улучшает защитные функции организма и стимулирует пищеварительные процессы. Особенно важно следить за ее концентрацией в организме пожилым людям – в противном случае их кости буду хрупкими. То же касается и детей – им кислота необходима для правильно развития скелета. Не меньшую популярность, чем, собственно, кремниевая кислота получили ее соли. Они используются как в промышленности: для пропитки тканей и древесины, так и в повседневной жизни – для удаления неприятных запахов и возвращения блеска серебру, а также восстановления потускневших фотографий. Кроме того, природные силикаты – популярное в керамической и стекольной промышленности.

Кремниевая кислота — формула, физические и химические свойства

Кремниевая кислота (или соединения оксида кремния с водой) относится к очень слабым, нерастворимым в воде кислотам. Её получают в результате реакции сильных кислот на растворы силикатов натрия или калия. На сегодняшний день известны 5 разновидностей этих химических соединений; в их список входит поликремниевая, пирокремниевая, дикремниевая, ортокремниевая или метакремниевая кислота.

Общая информация

Основная формула кремниевой кислоты — H2SiO3 (так как кислота не имеет постоянного состава, её обозначение иногда принимает вид nSiO2 • mH2O, что соответствует поликремниевым видам). Номенклатура кислоты включает в себя и её подвиды. Условное обозначение их химического состава выглядит следующим образом:

• Ортокремниевая — H4SiO4. Наряду с метакремниевой кислотой, чья формула считается основной, ортокремниевая является наиболее распространённым химическим соединением кислот этого вида.
• Дикремниевая — H2Si2O5, H6Si2O7 и H10Si2O9 (показатель растворимости в воде при t = 20 градусов по цельсию составляет 2,9310 в минус 4 степени моль/л).
• Пирокремниевая — H6Si2O7.

Соли кремниевых кислот обозначаются как силикаты. Поликремниевые кислоты состоят из структурных звеньев, соединяющихся в сложные линейные и разветвлённые цепи. Несмотря на различие в формулах и отдельных характеристиках кремниевой кислоты, все виды этих химических соединений имеют тетраэдрическое строение.

Особенности силикатов

В природе широко распространены (в частности, к ним относятся полевые шпаты, асбест, тальк, слюда и различные виды глины). Соли кремниевой кислоты в большинстве своём плохо растворимы в воде (исключения составляют силикаты калия и натрия). Получение солей происходит при сплавлении едких щёлочей или карбонатами натрия и калия с диоксидом кремния. В остатке выходит диоксид углерода с высокой массовой долей вещества или вода. Примерами таких уравнений могут послужить следующие реакции:

• SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO2 (образование углекислого газа).
• SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O.
• SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2.

К свойствам солей относится высокая температура плавления: в среднем — от 1000 до 1300 градусов по Цельсию (такая разновидность силикатов, как каолинит, плавится при t = 1800 и выше). Твёрдость этих веществ по шкале Мооса составляет 6−8 баллов, что является высоким показателем.

Несмотря на то что силикаты не реагируют на отдельные соединения и в целом относятся к классу химически пассивных веществ, они способны взаимодействовать со слабыми кислотами и растворимыми солями. Формула гидролиза представляет собой уравнение: Na2SiO3 + H2O = NaHSiO3 + NaOH. Расплавленные силикаты имеют высокие электролитические свойства.

Ещё одной особенностью солей кремниевых соединений является их возможность замещать атомы кремния на атомы алюминия, образуя при этом алюмосиликаты. Они также нерастворимы в воде и обладают абсорбционными, ионообменными, диэлектрическими и термостойкими свойствами.

Физические и химические свойства

Неорганическая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые силикаты. Вещество представляет собой белый аморфный и стекловидный полимер, имеющий цепочечную структуру. Не вступает в реакцию с другими кислотами и не гидратом аммиака. Так как все поликремниевые соединения относятся к малорастворимым веществам, они образуют коллоидные растворы при реакции с водой. Молярная масса вещества равна 78 а. е. м. (H2SiO3 — 2 атома водорода = 1 • 2, 1 атом кремния = 28 и 3 атома кислорода = 16 • 3).

Кислотные свойства выражены очень слабо (у молекулы вещества степень окисления кремния равна +4), вещество не имеет кислого вкуса или запаха, а также не изменяет окраску индикатора. Согласно таблице сильных и слабых кислот, кремниевая занимает последнюю строчку). Константа диссоциации для метакремниевых соединений составляет K1 = 1,3•10 -10, K2 = 1,6•10 -12, а для ортокремниевой K1 = 2•10 -10, K2 = K3 = K4 = 2•10 -12 .

Вследствие своей неустойчивости химическое вещество при нагревании либо длительном хранении разлагается на оксид кремния и воду (реакция термического разложения H2SiO3 = H2O + SiO2). Каждый атом кремния в кристаллах (SiO2) окружён 4 атомами кислорода, которые, будучи связаны друг с другом, образуют кристаллическую трёхмерную решётку, что обусловливает твёрдость вещества. Некоторые другие химические свойства кремниевых кислот можно проиллюстрировать следующими уравнениями:

• H2SiO3 + 4KOH = K2SiO3 + 4H2O (растворение студенистого кислотного остатка и образование средней соли метасиликата калия и воды).
• 2H4SiO4 = (HO)3SiOSi (OH)3 + H2O (эта реакция называется поликонденсацией).
• Пример взаимодействия с плавиковой кислотой и образованием газообразного фторида кремния: H2SiO3 + 6HF = H2SiF6 + 3H2O = SiF4 (образование газа) + 2HF (фтороводород) + 3H2O.
• CaCl2 + Na2SiO3 = 2NaCl + CaSiO3 (химическая реакция двух солей с выпадением осадка).

В присутствии щёлочных катализаторов — к примеру, NaOH — ортокремниевая кислота может образовывать эфиры-ортосиликаты. В большинстве своём они имеют вид R1R2R3R4SiO3, где R1−4 являются органическими радикалами. Примером такого эфира является распространённый тетраэтилортосиликат с формулой Si (C2H5O)4.

Способы получения

Основной способ получения кремниевой кислоты — косвенным путём, воздействуя сильной кислотой на силикат калия или натрия (Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl). При этом невозможно получить кислоту в чистом виде — в водном растворе образуется золь, который через малый промежуток времени превращается в гель.

Кремниевые соединения также можно получить посредством гидролиза хлорсиланов (SiH2Cl2 + 3H2O = H2SiO3 +2HCl + 2H2); конечным продуктом гидролитического расщепления является H2SiO3. Наконец, для промышленных масштабов, а также для лабораторных экспериментов и отдельных опытов по химии могут использоваться методы электродиализа и ионного обмена. Большое внимание уделяется и получению силикагеля — другое название вещества, образовывающегося от перенасыщенных растворов кремниевых кислот. Технология производства включает в себя несколько стадий:

• Возникновение золя и его застудневание в однородную массу (гидрогель).
• Созревание (последующее гелеобразование и разжижение вещества).
• Очищение и промывка геля от солей.
• Высушивание и превращение вещества в ксерогель.

Опытным путём доказано, что наиболее чистый силикагель получается при гидролизе соединений кремния (SiCl4), а также ортокремниевых соединений. Химическая формула получения геля выглядит так: Na2SiO3 + H2SO4 = nSiO2 • mH2O + Na2SO4, где nSiO2 • mH2O — гидратированный аморфный кремнезём.

Применение в различных отраслях

Благодаря пористой структуре силикагеля его часто применяют в качестве абсорбента для поглощения вредных газов и смесей. Для общественности известны медицинские высокопористые гели, эффективные при различного рода отравлениях и недомоганиях. Помимо этого, вещество используется и для создания технических фильтрационных систем.

Кремниевые соединения являются важным строительным элементом для кожи, волос и ногтей, поэтому эти вещества широко используются для производства косметики и лекарственных препаратов. Препараты на основе кремния обеспечивают гибкость соединительных тканей внутренних органов (в частности, кишечника и желудка) и улучшают усвоение кальция, что способствует восстановлению костной ткани.

В нефтяной промышленности гели на основе кремнийсодержащих веществ используются для очистки углеводородов от смол, а в ядерной отрасли при помощи силикагеля производится не только очистка сточных вод, но и разделение изотопов радиоактивных веществ.

Любопытно, что вещества на основе кремниевых соединений находят массу применений в повседневной жизни. К примеру, процесс сушки обуви займёт куда меньше времени, если в промокшие ботинки положить пакетик с соответствующим абсорбентом. Силикагель позволит избавиться от неприятных запахов в помещении или в сумке с вещами. Столовое серебро можно спасти от почернения, положив в шкаф с ценными приборам гелевые шарики на основе силикагеля.

Если необходимо продлить срок службы бритвенных лезвий, то для спасения от ржавчины нужно положить к ним несколько гранул с силикагелем. Это же относится и к хранению старых фотографий, а также других вещей, которые со временем могут потускнеть или изменить свой внешний вид под воздействием окружающей среды. Автолюбителям могут уменьшить запотевание ветрового стекла, всего лишь положив на приборную панель цветы или пакетик с силикагелем.