Лабораторный способ получения кремниевой кислоты

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.

Источник

Особенности получения и применения кремниевой кислоты

Кремниевая кислота — что это такое, формула

Кремниевая кислота (метакремниевая кислота) — является сложным соединением неорганического происхождения, имеет вид аморфного белого вещества. Плотность вещества составляет 3,71 г / с м 3 .

Конечный продукт получения кремниевой кислоты представляет собой студенистую массу, которая содержит воду, или коллоидный раствор (золь). Кислота в процессе нагревания достаточно легко распадается на оксид кремния (IV) и воду, как и угольная. Данный процесс протекает очень быстро.

H 2 S i O 3 S i O 2 + H 2 O

Химическая формула кремниевой кислоты:

При анализе данной формулы можно заключить, что молекула кремниевой кислоты состоит из:

• двух атомов водорода (Ar = 1 а.е.м.);
• одного атома кремния (Ar = 28 а.е.м);
• трех атомов кислорода (Ar = 16 а.е.м.).

Исходя из химической формулы соединения, рассчитывают характеристику молекулярной массы кремниевой кислоты:

• M r ( H 2 S i O 3 ) = 2 × A r ( H ) + A r ( S i ) + 3 × A r ( O ) ;
• M r ( H 2 S i O 3 ) = 2 × 1 + 28 + 3 × 16 = 2 + 28 + 48 = 78 .

Молярная масса кремниевой кислоты составляет 78 г/моль.

Структурная формула кремниевой кислоты демонстрирует характер связей между атомами внутри молекулы соединения:

Кремниевая кислота представляет собой слабую двухосновную кислоту и обладает способностью диссоциировать на ионы в водном растворе ступенчато и обратимо, согласно следующим ионным уравнениям:

Из-за склонности к полимеризации известен целый ряд кремниевых кислот. Состав веществ можно описать общей формулой n S i O 2 • m H 2 O . Все кремниевые кислоты являются очень слабыми. Соединения малорастворимы в воде, образуют коллоидные растворы.

Кремниевая кислота включает в состав тетраэдрические структурные звенья (в каждом таком звене атом кремния расположен в центральной точке тетраэдра, а в вершинах находятся атомы кислорода). При объединении в цепочки структурные звенья формируют поликремниевые кислоты с более высокой степенью устойчивости:

Классификация кремниевых кислот:

• метакремниевая H 2 S i O 3 ;
• ортокремниевая H 4 S i O 4 ;
• дикремниевые H 2 S i 2 O 5 и H 10 S i 2 O 3 ;
• пирокремниевая H 6 S i 2 O 7 ;
• поликремниевые n S i O 2 • m H 2 O .

Примечание

Соответствующие кремниевым кислотам соли носят название силикатов. В качестве примеров можно привести метасиликаты, ортосиликаты и другие соединения.

Химические и физические свойства

Все поликремниевые кислоты отличаются плохой растворимостью в воде. Образование коллоидного раствора протекает, согласно общей схеме реакции:

( S i O 2 ) x + 2 H 2 O ⇄ H 4 S i O 4 + ( S i O 2 ) x — 1 ( S i O 2 ) x + 2 H 2 O ⇄ H 4 S i O 4 + ( S i O 2 ) x — 1

Ортокремниевая кислота, которая образовалась в результате химической реакции, может вступать в реакции поликонденсации:

2 H 4 S i O 4 → ( H O ) 3 S i O S i ( O H ) 3 + H 2 O 2 H 4 S i O 4 → ( H O ) 3 S i O S i ( O H ) 3 + H 2 O

Конечным результатом являются сложные линейные, разветвленные и смешанные структуры.

Изоэлектрическая точка поликремниевых кислот соответствует интервалу pH 2,0-3,0, в котором скорость реакции поликонденсации характеризуется минимальным значением.

Кремниевые кислоты относятся к слабым:

• для метакремниевой кислоты H 2 S i O 3 константы диссоциации K 1 = 1 , 3 • 10 — 10 , K 2 = 1 , 6 • 10 — 12 ;

• для ортокремниевой H 4 S i O 4 K 1 = 2 • 10 — 10 , K 2 = K 3 = K 4 = 2 • 10 — 12 .

Кремниевые кислоты реагируют с растворами и расплавами щелочей. В результате образуются силикаты, к примеру:

H 2 S i O 3 + 2 K O H → K 2 S i O 3 + 2 H 2 O H 2 S i O 3 + 2 K O H → K 2 S i O 3 + 2 H 2 O

Кремниевые кислоты могут вступать в химические реакции с плавиковой кислотой ( H F ) . Данный процесс сопровождается образованием фторида кремния в газообразном состоянии:

H 2 S i O 3 + 6 H F → H 2 S i F 6 + 3 H 2 O → S i F 4 ↑ + ( 2 H F + 3 H 2 O ) H 2 S i O 3 + 6 H F → H 2 S i F 6 + 3 H 2 O → S i F 4 ↑ + ( 2 H F + 3 H 2 O )

Ортокремниевая кислота при наличии катализаторов на основе щелочи (как правило, NaOH) формирует ортосиликаты-эфиры, которые в общем случае характеризуются видом:

R 1 R 2 R 3 R 4 S i O 4 ,

где R 1 — 4 являются органическими радикалами, обычно, в виде спиртовых остатков.

Известный массовый продукт — тетраэтилортосиликат состава S i ( C 2 H 5 O ) 4 .

Особенности получения и применения кремниевой кислоты

Kремниевые кислоты получают с помощью взаимодействия сильных кислот с растворимыми силикатами натрия или калия, при этом сильные неорганические кислоты вытесняют кремниевые из растворов их солей:

N a 2 S i O 3 + 2 H C l → H 2 S i O 3 ↓ + 2 N a C l N a 2 S i O 3 + 2 H C l → H 2 S i O 3 ↓ + 2 N a C l

Получить соединения в виде кремниевых кислот можно с помощью другого способа, который представляет собой гидролиз хлорсиланов:

S i H 2 C l 2 + 3 H 2 O → H 2 S i O 3 + 2 H C l + 2 H 2 O S i H 2 C l 2 + 3 H 2 O → H 2 S i O 3 + 2 H C l + 2 H 2 O

Гидрозоли кремниевых кислот используют в качестве наполнителей и связующих веществ в производстве изделий из керамики и разнообразных покрытий. Данные материалы играют роль носителей катализаторов и светочувствительных слоев в фотоматериалах. Их используют, как сырье в производстве следующих видов продукции:

• кварцевое стекло;
• разные адсорбенты;
• поглотители паров воды и газов;
• фильтры очистки воды и масел.

Влияние на организм человека: польза и вред

Кремниевая кислота является неорганическим соединением, которое имеет большое значение в осуществлении метаболических процессов организма:

• участие в усвоении витаминов и минералов;
• нейтрализация тяжелых металлов и токсинов;
• поддержание нормального функционирования сердца;
• влияние на синтез коллагена, то есть белка, являющегося основой для соединительной ткани.

Кремниевая кислота играет важную роль в метаболизме. Организм человека во взрослом возрасте содержит до 1-2 грамм кремния. Самой высокой концентрацией элемента обладают:

По мере старения организма содержание кремния может снижаться на фоне атеросклероза и опухолевых заболеваний. Данный процесс оказывает негативное влияние на состояние всех внутренних органов и систем.

Польза кремниевой кислоты для организма человека заключается в следующем:

1. Соединение взаимодействует с более чем 70 минеральными солями и витаминами, улучшает процесс усвоения кальция, увеличивает скорость минерализации костей и зубов, оказывает укрепляющее действие на соединительную ткань суставов, связок и сухожилий.
2. Кремневая кислота обеспечивает работоспособность сердечно-сосудистой системы. Соединение укрепляет внутреннюю оболочку ткани, из которой состоят артерии, снижает уровень вредного холестерина в крови, уменьшает вероятность закупорки сосудов и предотвращает атеросклеротические поражения в сосудах.
3. Стимулирует ряд процессов, протекающих в пищеварительной системе. Кремнийорганические вещества восстанавливают и поддерживают слизистые оболочки органов желудочно-кишечного тракта, обладают оздоровительным эффектом, позволяет исключить распространенные расстройства желудка и пищеварительной системы.
4. Кремниевая кислота способна восстанавливать строение слабых истонченных волос, устранять ломкость и расслаивание ногтевых пластин, поддерживать нормальный уровень влаги в кожных покровах. Соединение стимулирует выработку коллагена, укрепляет и разглаживает кожу, ускоряет регенерацию тканей.
5. Кремниевая кислота необходима для выведения из организма алюминия, излишки которого являются одной из причин развития болезни Альцгеймера. Соединение удаляет токсины, соли тяжелых металлов и вредные продукты метаболизма.
6. Кремниевая кислота улучшает когнитивные функции и физическую работоспособность. Согласно одной из гипотетических теорий, данный процесс обеспечивает способность соединения уменьшать содержание алюминия в организме.

Кремниевую кислоту содержат многие растительные продукты. Самой высокой концентрацией вещества обладают культурные растения с повышенным содержанием клетчатки:

Рацион питания, в котором присутствуют богатые кремнием продукты, восполняет баланс кремниевой кислоты частично. С пищей человек потребляет примерно 1 мг вещества. Норма потребления вещества составляет 5-10 мг ежедневно.

Кремниевая кислота является безопасной биологической добавкой. В том случае, когда человек рационально употребляет ее в пищу, наблюдается положительный эффект. При длительном приеме вещества в больших дозах развиваются следующие осложнения:

• образование камней в почках;
• развитие ревматоидного артрита;
• возникновение аутоиммунных заболеваний.

Медицинские препараты, содержащие кремний, не рекомендованы к употреблению людям, которые страдают диабетом. Причиной такого ограничения являются риски падения уровня сахара в крови. Кремниевая кислота способна усиливать реакции определенных лекарственных средств, в том числе, диуретиков, БАДов хрома. В связи с этим, перед приемом добавок необходимо проконсультироваться с лечащим специалистом.

Источник

Л. р. №40. Получение кремниевой кислоты и изучение её свойств

Описание презентации по отдельным слайдам:

Средняя общеобразовательная школа №2 Выполнил: учитель химии Ашурков Михаил Федорович Презентация по предмету: Химия на тему: Л. Р. №40 «Получение кремниевой кислоты и изучение её свойств» ®Ashurkov Mikle

Цели Получить кремниевую кислоту и изучить её свойства.

Оборудование и реактивы: Прибор для получения газа; Пинцет; Пипетка; Пробирки; Мрамор; Соляная кислота; Силикат натрия; Гидроксид натрия (конц.).

При пропускании углекислого газа через раствор силиката натрия выпадает осадок кремниевой кислоты, это говорит о том, что угольная кислота сильнее и может вытеснять кремниевую из раствора её солей: Если затем в пробирку прибавить раствор гидроксида натрия NaOH и нагреть то осадок растворится:

Вывод: В результате выполнения лабораторной работы получена кремниевая кислота и исследовано её взаимодействие с щелочью.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 807 человек из 76 регионов

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

• Курс добавлен 23.09.2021
• Сейчас обучается 46 человек из 23 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Методическая работа в онлайн-образовании

• Сейчас обучается 24 человека из 13 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДБ-1129705

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов

Время чтения: 2 минуты

В Северной Осетии организовали бесплатные онлайн-курсы по подготовке к ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года

Время чтения: 1 минута

Правительство предложило потратить до 1 млрд рублей на установку флагов РФ у школ

Время чтения: 1 минута

В Пензенской области запустят проект по снижению административной нагрузки на учителей

Время чтения: 1 минута

Российский совет олимпиад школьников намерен усилить требования к олимпиадам

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник