2.1.3. Соли кремниевых кислот (силикаты)

Силикаты чрезвычайно распространены в природе. К природным силикатам относятся полевые шпаты, слюда, глины, асбест, тальк и многие другие минералы. Силикаты входят в состав целого ряда горных пород: гранита, гнейса, базальта и т.д.

Состав природных силикатов выражается довольно сложными формулами. Всякую соль кислородной кислоты можно рассматривать как соединение кислотного оксида с основным. Общую формулу силикатов можно представить как , где R – преимущественно алюминий.

Действие кислот на силикаты неодинаково. Чем активнее металл, тем легче протекает реакция:

.

Плавиковая кислота разлагает все силикаты:

.

Силикаты подвергаются гидролизу, т.к. кремниевые кислоты – слабые (слабее угольной кислоты).

При нагревании смесей многих силикатов с другими силикатами или с диоксидом кремния получаются прозрачные аморфные сплавы, называемые стеклами.

Например, ― растворимое стекло, где R – натрий или калий, n – кремнеземистый модуль, который показывает отношение числа молей SiO₂ к числу молей R₂O и характеризует растворимость и другие свойства растворимого стекла.

Растворимое стекло получают путем сплавления диоксида кремния и карбоната натрия:

.

Растворимое стекло, представленное в виде водных растворов называется жидким стеклом и имеет щелочную среду, вследствие протекающего гидролиза:

Na₂SiO₃ + HOH = NaHSiO₃ + NaOH;

SiO₃^2- + HOH = HSiO₃^- + OH^-.

Жидкое стекло очень быстро твердеет на воздухе, образуя поликремниевые кислоты. При этом выделяются высокодисперсные гели, обладающие вяжущими свойствами. Поэтому жидкое стекло применяют в строительстве для пропитки тканей и других материалов с целью придания им огнестойкости.

К важнейшим промышленным силикатам относятся стекла.

Обычное оконное стекло состоит из силикатов натрия и кальция, сплавленных с диоксидом кремния. Состав такого стекла приблизительно может быть выражен формулой . Исходными материалами для получения стекла служат белый песок, сода, известняк или мел. При сплавлении этих веществ происходит реакция:

.

Для получения специальных стекол натрий и калий заменяют на другие элементы. Частичная замена SiO₂ на B₂O₃ приводит к получению боросиликатного стекла. Прибавление борного ангидрида увеличивает твердость стекла, а также стойкость к химическим воздействиям. Из такого стекла изготавливают высококачественную химическую посуду.

Все виды стекол устойчивы к действию воды и кислот, но при очень длительном их воздействии может произойти вымывание ионов натрия со стеклянной поверхности (выщелачивание стекла). Разрушить стекло может только плавиковая (фтористоводородная) кислота HF.

2.1.4. Соединения кремния с водородом и галогенами

Силан SiH₄ – бесцветный газ. Он может быть получен путем воздействия соляной кислоты на силицид магния Mg₂Si.

.

Силан может самовоспламеняться на воздухе и сгорать с образованием диоксида кремния и воды

.

Хлорид кремния SiCl₄ получают путем нагревания смеси диоксида кремния с углем в струе хлора:

.

При действии воды хлорид кремния подвергается полному гидролизу с образованием кремниевой и соляной кислот:

.

Хлорид кремния применяют в химической промышленности для синтеза кремнийорганических соединений.

Фторид кремния SiF₄ образуется при взаимодействии фтороводорода с диоксидом кремния: .

Фторид кремния представляет собой бесцветный газ с резким запахом. В водных растворах фторид кремния подвергается гидролизу:

.

Гексафторокремниевая кислота (кремнефтористоводородная) H₂SiF₆ может быть получена путем взаимодействия фтороводорода с фторидом кремния:

.

По силе гексафторокремниевая кислота близка к серной. Ее соли – фторосиликаты в большинстве случаев растворимы в воде. Фторосиликат натрия Na₂SiF₆ применяется в производстве стекол, эмалей, а также используется в качестве ускорителя твердения в производстве кислотоупорных замазок на основе растворимого стекла.