кремниевые кислоты

КРЕМНИЕВЫЕ КИСЛОТЫ

соед. общей формулы nSiO₂3mH₂O. Известны: ортокремниевая кислота H₄SiO₄ (плотн. аморфной 2,1–2,3 г/см , о других свойствах см. табл.), мстакремниевая H₂SiO₃, пирокремниевая H₆Si₂O₇, дикремниевые H₂Si₂O₅ и H₁₀Si₂O₉ (растворимость в воде при 20 °C 2,9∙10⁻⁴ моль/л) и поликремниевые кислоты.

К. к. — слабые кислоты; для H₂SiO₃ K₁ =(2–3)∙10⁻¹⁰, K₂=10⁻¹¹–10⁻¹³; для H₄SiO₄ K₁=2∙10⁻¹⁰, K₂=K₃=K₄=2∙10⁻¹². Растворы К.к. могут быть получены: растворением аморфного SiO₂ в воде; из растворов силикатов щелочных металлов взаимод. с кислотами, ионным обменом или электродиализом; гидролизом соед. кремния (напр., хлорсиланов); поликонденсацией одних К. к. до других и т. д. В равновесном растворе аморфного SiO₂ находятся мономерные формы К.к., в осн. H₄SiO₄. Ортокремниевая кислота стабильна при комнатной температуре, если концентрация SiO₂ в растворе составляет менее ~0,01% по массе (т. е. не превышает растворимость твердой фазы аморфного кремнезема). Переход H₄SiO₄ в раствор можно представить схемой:

(SiO₂)_x+2H₂ODH₄SiO₄+(SiO₂)_x-1

В процессе образования К. к. вначале получают неустойчивый истинный раствор H₄SiO₄; эта кислота в дальнейшем, благодаря наличию реакционноспособных силанольных групп SiOH, вступает в поликонденсацию, первая стадия которой 2H₄SiO₄:(HO)₃SiOSi(OH)₃+H₂O. В результате поликонденсации могут образовываться разнообразные поликремниевые кислоты с линейной, разветвленной, смешанной структурой. К продуктам поликонденсации К. к. относятся гидрозоль (коллоидный кремнезем) и гидрогели кремнезема, силикагели (силикаксерогели) и др. Поликремниевые кислоты имеют изоэлектрич. точку в интервале pH 2,0–3,0. Скорость поликонденсации минимальна при pH ~ 2–3, причем в области pH<2 реакция ускоряется протонами, а при pH>2 — ионами OH⁻. Поликонденсация в кислой среде протекает по донорно-акцепторному механизму с образованием переходного комплекса, в котором атом Si временно приобретает координац. число 6 (вместо 4). Устойчивость золя К. к. зависит от концентрации К. к., температуры, pH и др. Со временем золь теряет устойчивость и переходит в гель (при pH>7,5 гидрозоль термодинамически устойчив к коагуляции). Скорость гелеобразования максимальна при pH 5,5–6,0. Подбирая соответствующие условия и применяя спец. добавки (стабилизаторы), удается получить устойчивые высококонцентрир. золи. Гидрозоли кремнезема-связующие материалы и наполнители в керамич. изделиях, покрытиях, в формах для литья; универсальные носители катализаторов и светочувствит. слоев в фотоматериалах; сырье для получения адсорбентов, кварцевого стекла; поглотители паров и газов в пром. аппаратах; фильтры для очистки воды и минер. масел.

^{Лит.: Получение и применение гидрозолей кремнезема, под ред. Ю. Г. Фролова, М., 1979 (Труды МХТИ им. Д. И. Менделеева, в. 107); Айлер Р., Химия кремнезема, ч. 1–2, пер. с англ., М., 1982.}

_{В. Б. Соколов}