Natrijum silikat

Natrijum silikat
Structural formula of polymeric sodium silicate
Ball and stick model of polymeric sodium silicate
Sample of sodium silicate in a vial
Nazivi
IUPAC naziv
Natrijum metasilikat
Identifikacija
3D model (Jmol)
Abrevijacija E550
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.027.193
EC broj 600-279-4229-912-9
MeSH Sodium+metasilicate
RTECS VV9275000
UNII
UN broj 1759 3253
  • [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O
Svojstva
Na2SiO3
Molarna masa 122,06 g·mol−1
Agregatno stanje Beli kristali
Gustina 2,61 g/cm³
Tačka topljenja 1.088 °C (1.990 °F; 1.361 K)
22,2 g/100 ml (25 °C)
160.6 g/100 ml (80 °C)
Rastvorljivost nerastvoran u alkoholu
Indeks refrakcije (nD) 1,52
Termohemija
Specifični toplotni kapacitet, C 111,8 J/(K·mol)
Standardna molarna entropija So298 113,71 J/(K·mol)
−1561,43 kJ/mol
−1427 kJ/mol
Opasnosti
Bezbednost prilikom rukovanja Avantor Performance Materials
GHS grafikoni The corrosion pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)The exclamation-mark pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)
GHS signalna reč Opasnost
H302, H314, H315, H318, H319, H335
P260, P261, P264, P270, P271, P280, P301+312, P301+330+331, P302+352, P303+361+353, P304+340, P305+351+338, P310, P312
NFPA 704
NFPA 704 four-colored diamondКод запаљивости 0: Неће горети (нпр. вода)Health code 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g., chloroformКод реактивности 0: Нормално стабилан, чак и под стањем изложености ватри; није реактиван с водом (нпр. течни азот)Special hazards (white): no code
0
2
0
Letalna doza ili koncentracija (LD, LC):
LD50 (LD50)
 1153 (pacov, oralno)
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa).
ДаY verifikuj (šta je ДаYНеН ?)
Reference infokutije

Natrijum silikat je so rastvorljiva u vodi, čiji se vodeni rastvor naziva vodeno staklo. Po hemijskom sastavu je natrijum metasilikat, i pojavljuje se u sledećim oblicima: Na2SiO3 i Na2SiO3·9H2O.[3] Postoje i druge forme (npr. ortosilikat Na4SiO4), a njihova zajednička osobina je rastvorljivost u vodi uz formiranje staklaste emulzije. To je jonsko jedinjenje koje se sastoji od natrijumovih katjona Na+
 i polimerni metasilikatnih anjona [–SiO2−
3–]n. To je bezbojna kristalna higroskopna čvrsta supstanca, rastvorljiva u vodi (daje alkalni rastvor), ali ne i u alkoholima.[4]

U industriji se različite vrste natrijum silikata odlikuju težinskim odnosom SiO2:Na2O (koji se množenjem sa 1,032 može pretvoriti u molarni odnos). Odnos može varirati između 1:2 i 3,75:1.[5] Materijali sa odnosom ispod 2,85:1 nazivaju se alkalnim. Oni sa većim odnosom SiO2:Na2O se opisuju kao neutralni.

Istorija

Rastvorljive silikate alkalnih metala (natrijum ili kalijum) primetili su evropski alhemičari već tokom 1500-ih. Điambatista dela Porta je primetio 1567. godine da tartari salis (krema od tartara, kalijum hidrogen tartrat) dovodi do topljenja kristala u prahu (kvarca) na nižoj temperaturi.[6] Druge moguće rane reference na alkalne silikate dali su Basil Valentin 1520. godine,[7] i Agrikola 1550. Oko 1640. godine, Jan Baptist van Helmont je izvestio o stvaranju alkalnih silikata kao rastvorljive supstance nastale topljenjem peska sa viškom alkalija i primetio je da se silicijum dioksid može kvantitativno istaložiti dodavanjem kiseline u rastvor.[8]

Glauber je 1646. godine napravio kalijum silikat, koji je nazvao tečnom silikom, topljenjem kalijum karbonata (dobijenog kalciniranjem kreme od kamenca) i peska u loncu, i zadžavajući smešu rastopljenom dok nisu prestali da izlaze mehuri (zbog oslobađanja ugljen-dioksida). Smeša je ostavljena da se ohladi, a zatim je mlevena u fini prah. Kada je prah bio izložen vlažnom vazduhu, postepeno je formirao viskoznu tečnost, koju je Glauber nazvao „Oleum oder Liquor Silicum, Arenæ, vel Crystallorum“ (i.e. ulje ili rastvor silike, peska ili kvarcnog kristala).[9][10] Međutim, kasnije se tvrdilo da supstance koje su pripremali ti alhemičari nije bila vodeno staklo, kako se danas razume.[11][12][13] Nju je 1818. godine pripremio Johan Nepomuk fon Fuhs, tretirajući alkalijom silikonsku kiselinu; rezultatirajuća materija je rastvorljiva u vodi, „ali na nju ne utiču atmosferske promene“.[14][15]

Izraze „vodeno staklo“ i „rastvorljivo staklo“ koristili su Leopold Volf 1846,[16] Emil Kop 1857,[17] i Herman Kracer 1887.[18]

Godine 1892, Rudolf fon Vagner razlikovao je sodu, potašu, dvostruku (soda i potaša) i fiksiranu (tj. stabilizovanu) smešu kao vrste vodenog stakla. Fiksirani tip bio je „mešavina silicijum dioksida dobro zasićena potašnim vodenim staklom i natrijum-silikatom“ koja se koristi za stabilizaciju neorganskih pigmenata vodene boje na cementnim radovima za spoljne znakove i freske.[19][20][21][22]

Priprema i osobine

Anhidratno jedinjenje se može pripremiti topljenjem silicijum dioksida SiO
2 (silike, kvarca) sa natrijum oksidom Na
2O u molarnom odnosu 1: 1.[23]

Rastvori natrijum silikata mogu se dobiti tretiranjem smeše silike (obično u vidu kvarcnog peska), kaustične sode i vode, vrućom parom u reaktoru. Ukupna reakcija je

2x NaOH + SiO
2 → (Na
2O)
x·SiO
2 + x H
2O

Natrijum silikati se obično mogu dobiti rastvaranjem silike SiO
2 (čija tačka topljenja je 1713 °C) u rastopljenom natrijum karbonatu (koji se topi uz dekompoziciju na 851 °C):[24]

x Na
2CO
3 + SiO
2 → (Na
2O)
x·SiO
2 + CO
2

Ovaj materijal se isto tako može dobiti iz natrijum sulfata (tačka topljenja 884 °C) sa ugljenikom kao redukcinim agensom:

2x Na
2SO
4 + C + 2 SiO
2 → 2 (Na
2O)
x·SiO
2 + 2 SO
2 + CO
2

Godine 1990, 4 miliona tona alkalnih metalnih silikata je proizvedeno.[5]

Natrijum silikat se kristališe iz rastvora u vidu raznih hidrata, kao što su

  • pentahidrat Na
    2    SiO
    3    ·5H
    2    O     (CAS 10213-79-3, EC 229-912-9, PubChem 57652358)
  • nonahidrat Na
    2    SiO
    3    ·9H
    2    O     (CAS 13517-24-3, EC 229-912-9, PubChem 57654617)[25]

Struktura

U bezvodnoj čvrstoj supstanci, metasilikatni anjon je zapravo polimeran, i sastoji se od tetraedara {SiO4} koji se dele u uglove, a ne od diskretnog jona SiO32− .[24]

Pored bezvodnog oblika, postoje hidrati sa formulom Na2SiO3·nH2O (gde je n = 5, 6, 8, 9), koji sadrže diskretni, približno tetraedarski anjon SiO2(OH)22− sa hidratantnom vodom. Na primer, komercijalno dostupni natrijum silikat pentahidrat Na2SiO3·5H2O je formulisan kao Na2SiO2(OH)2·4H2O, a nonahidrat Na2SiO3·9H2O je formulisan kao Na2SiO2(OH)2·8H2O.[26] Pentahidratna i nonahidratna forma imaju svoje zasebne CAS brojeve, 10213-79-3 i 13517-24-3 respektivno.

Upotreba

Upotrebljava se u industriji kao adhezivno sredstvo, za sprečavanje korozije, u proizvodnji vatrostalnih materijala, u proizvodnji tekstila, itd.

Natrijum metasilikat reaguje sa kiselinama i formira silika gel.[27]

  • Cementi i veziva - dehidrirani natrijum metasilikat formira cement ili vezivno sredstvo.
  • Pulpa - sredstvo za dimenzionisanje i pufer/stabilizacioni agens kad se pomeša sa vodonik-peroksidom.
  • Sapuni i deterdženti - kao sredstvo za emulgovanje i formiranje suspenzija.
  • Primena u automobilskoj industriji - razgradnja starih motora (CARS program), zaptivač sistema za hlađenje, popravka izduvnih sistema.
  • Konzervans za jaja - zaptiva jaja povećavajući rok trajanja.
  • Zanatstvo - formira „stalagmite“ reakcijom i taloženjem metalnih jona. Takođe se koristi kao lepak nazvan „rastvorljivo staklo“

Vidi još

Reference

  1. ^ Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003.  уреди
  2. ^ Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1. 
  3. ^ J.A. Vaccari. Materials handbook. McGraw-Hill. 
  4. ^ Chemical Book: "Sodium metasilicate". Accessed on 2018-05-13.
  5. ^ а б Gerard Lagaly, Werner Tufar, A. Minihan, A. Lovell "Silicates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2005. Lagaly, Gerhard; Tufar, Werner; Minihan, A.; Lovell, A. (2000). „Silicates”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 978-3-527-30385-4. doi:10.1002/14356007.a23_661. 
  6. ^ Giambattista della Porta (1569): Magia naturalis sive de miraculis rerum naturalium, libri iiii (Natural magic or on the miracles of nature, in four books); pages 290–291, "Crystallus, ut fusilis fiat" (quartz, so made molten). Published by Guillaume Rouillé (Gulielmum Rovillium) in Lyon (Lugdunum) France
  7. ^ Kohn, C. (1862): "Die Erfindung des Wasserglas im Jahre 1520" (The invention of waterglass in the year 1520), Zeitschrift des Oesterreichischen Ingenieur-Vereins (Journal of the Austrian Engineer Association), volume 14, pages 229–230.
  8. ^ Johannes van Helmont (1644): Opuscula medica inaudita, published by Jost Kalckhoven (Jodocum Kalcoven) Cologne, Germany. In Part I: De Lithiasi, page 53, van Helmont mentions that alkalis dissolve silicates: "Porro lapides, gemmae, arenae, marmora, silices, &c. adjuncto alcali, vitrificantur: sin autem plure alcali coquantur, resolvuntur in humido quidem: ac resoluta, facili negotio acidorum spirituum, separantur ab alcali, pondere pristini pulveris lapidum." (Furthermore, stone, gems, sand, marble, silica, etc., become glassy by the addition of alkali: but if roasted with more alkali, they are dissolved in moisture: and the former weight of the stone powder is separated from the alkali and released by simply adding acid.)
  9. ^ Johann Rudolf Glauber (1646), Furni Novi Philosophici (New Philosophical Furnace). Published by Johan Jansson, Amsterdam.
  10. ^ Johann Rudolf Glauber (1661): Furni Novi Philosophici Oder Beschreibung einer New-erfundenen Distillir-Kunst (New Philosophical Furnace, or Treatise on Newly Discovered Distillation Art) chapter LXXIX, pages 164–166: "Wie durch Hülff eines reinen Sandes oder Kißlings auß Sale Tartari ein kräfftiger Spiritus kan erlanget werden." (How with the help of a pure sand or silica a powerful solution can be gotten from cream of tartar).
  11. ^ Anon. (1863): "Die Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520." Kunst- und Gewerbe-Blatt, volume 49, pages 228–230.
  12. ^ Anon. (1863): "Die Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520." Reprint, Polytechnisches Journal, volume 168, pages 394–395
  13. ^ Anon. (1863) "Die angebliche Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520" (On the alleged invention of waterglass in the year 1520). Reprint, Neues Repertorium für Pharmacie, volume 12, pages 271–273.
  14. ^ Johann Nepomuk von Fuchs (1825) "Ueber ein neues Produkt aus Kieselerde und Kali" (On a new product from silica and potash), . Archiv für die gesammte Naturlehre. 5 (4): 385—412.  Недостаје или је празан параметар |title= (помоћ),. On page 386: "Ich erhielt es zuerst, vor ungefähr 7 Jahren" (I first obtained it about 7 years ago).
  15. ^ Joh. Nepomuk Fuchs (1825) "Ueber ein neues Produkt aus Kieselerde und Kali; und dessen nüzliche Anwendung als Schuzmittel gegen schnelle Verbreitung des Feuers in Theatern, als Bindemittel, firnißartigen Anstrichen u.s.w." (On a new product from silica and potash; and its useful application as a protection against the rapid spread of fire in theaters, as a glue, varnish, etc.). Polytechnisches Journal, volume 17, pages 465–481.
  16. ^ Leopold Wolff (1846): Das Wasserglas: Seine Darstellung, Eigenschaften und seine mannichfache Anwendung in den technischen Gewerben (Water-glass: its preparation, properties, and its manifold uses in technical commerce) published by Quedlinburg, Leipzig, Germany.
  17. ^ Emile Kopp (1857): "Sur la préparation et les propriétés du verre soluble ou des silicates de potasse et de soude; analyse de tous les travaux publiés jusqu'a ce jour sur ce sujet" (On the preparation and properties of soluble glass or the silicates of potash and soda; analysis of all works published until today on this subject). Le Moniteur scientifique, volume 1, 337–349, pages 366–391.
  18. ^ Hermann Krätzer (1887): Wasserglas und Infusorienerde, deren Natur und Bedeutung für Industrie, Technik und die Gewerbe (Water-glass and soluble earths, their nature and significance for industry, technology, and commerce). Published by Hartleben, Vienna, Austria.
  19. ^ Von Wagner, Rudolf (1892; translation of 13th edition by Willian Crookes) Manual of Chemical Technology [1]
  20. ^ Von Wagner (1897). Manual of Chemical Technology.  (1892 translation)
  21. ^ Hermann Mayer (1925): Das Wasserglas; Sein Eigenschaften, Fabrikation und Verwendung auf Grund von Erfahrungen und Mitteilungen der Firma Henkel & Cie. (The Water-glass: Its properties, production, and application on the basis of experiences and communications of the firm of Henkel & Co.) Published by Vieweg, Braunschweig, Germany.
  22. ^ Morris Schrero (1922): Water-glass: A Bibliography. Published by Carnegie Library, Pittsburgh, Pennsylvania.
  23. ^ Schairer, J. F.; Bowen, N. L. (1956). „The system Na 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2”. American Journal of Science. 254 (3): 129—195. Bibcode:1956AmJS..254..129S. doi:10.2475/ajs.254.3.129. 
  24. ^ а б Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
  25. ^ Bechtold, M. F. (1955). „Polymerization and Properties of Dilute Aqueous Silicic Acid from Cation Exchange”. The Journal of Physical Chemistry. 59 (6): 532—541. doi:10.1021/j150528a013. 
  26. ^ Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
  27. ^ „Uses of Sodium Metasilicate”. 24. 4. 2017. 

Literatura

  • J.A. Vaccari. Materials handbook. McGraw-Hill. 
  • Ashford's Dictionary of Industrial Chemicals, third edition, 2011, page 8369.

Spoljašnje veze

Natrijum silikat на Викимедијиној остави.