KRZEMIAN SODU (NA2SIO3): STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2026

Krzemian sodu jest nieorganiczny związek składający się z dwóch jonów sodu Na ⁺ i krzemianu anionu SiO ₃ ^{2 -} . To mówi się również obejmuje cząsteczki krzemionki SiO ₂ i tlenek sodu Na ₂ O. wzorze chemicznym może być wyrażona jak Na ₂ SiO ₃ lub Na również ₂ O . SiO ₂ .

Jednakże, kompozycja krzemianu sodu może zmieniać się w zależności od SiO ₂ / Na ₂ o wskaźnika masy, w molach. Nazywa się go również rozpuszczalnym szkłem krzemianowym lub wodnym. Można go otrzymać w postaci proszku, dużych kryształków lub w postaci roztworów.

Stały krzemian sodu Na ₂ SiO ₃ . Ondřej Mangl. Źródło: Wikimedia Commons.

Krzemian sodu jest szeroko stosowany w detergentach i mydłach, ponieważ zmiękcza wodę, dzięki czemu czyszczenie jest bardziej skuteczne. Jest również częścią produktów takich jak krem ​​do golenia.

Jest surowcem do przygotowania katalizatorów krzemionkowych SiO ₂ . Jego rozwiązania znajdują zastosowanie jako klej w wielu zastosowaniach, począwszy od papieru samoprzylepnego i kartonu, po szkło, porcelanę, formy ogniotrwałe, cement i tarcze ścierne.

Ponieważ jest materiałem całkowicie niepalnym, służy do wykonywania tkanin ognioodpornych, ponieważ jest trudnopalny oraz jako powłoka na sprzęt ochronny.

Struktura

Uproszczona struktura polimerów w roztworach krzemianu sodu. Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.

Ogólny wzór dla krzemianów sodu to xSiO ₂ / Na ₂ O, gdzie x jest stosunkiem molowym lub wagowym.

Stosunek molowy oznacza liczbę moli SiO ₂ podzieloną przez liczbę moli Na ₂ O. Stosunek wagowy oznacza masę SiO ₂ podzieloną przez masę Na ₂ O.

Dodanie większej ilości alkaliów (Na ₂ O) zmienia stosunek molowy lub wagowy.

Roztwór krzemianu sodu o niskim stosunku molowym, na przykład 1/1 (1 mol SiO ₂ i 1 mol jonów Na ₂ O) zawiera głównie SiO ₄ ⁴ monomery ^- i S ₂ O ₅ ² dimery ^{- w} uzupełnieniu jonami Na ⁺ .

Roztwór o wysokim stosunku molowym, takie jak: 3,3 / 1 (3,3 mola SiO ₂ na każdy mol Na ₂ O) ma dużą ilość gatunków polimerów lub polimerów krzemu i tlenu.

Nomenklatura

-Krzemian sodu

-Metakrzemian sodu

-Rozpuszczalne szkło

-Szkło wodne (z angielskiego szkła wodnego)

-Rozpuszczalny krzemian

Nieruchomości

Stan fizyczny

- Ciało stałe w dużych kawałkach, podobne do niebiesko-zielonych kryształów

-Barwny do białego proszek w postaci stałej

-Bezbarwne roztwory wodne.

Waga molekularna

Ze wzoru Na ₂ SiO ₃ : 122,063 g / mol.

Temperatura topnienia

Na ₂ SiO ₃ : 1089 ° C

Gęstość

Zależy to od stosunku SiO ₂ / Na ₂ O.

Rozpuszczalność

Gdy ma postać dużych kawałków zielonkawego szkła, jest rozpuszczalny w wodzie po podgrzaniu i pod wysokim ciśnieniem. Proszek jest nieco lepiej rozpuszczalny, ale w obu przypadkach jego rozpuszczalność zależy od ilości zawartego w nim sodu lub Na ₂ O.

Im wyższa zawartość sodu (w postaci Na ₂ O), tym szybciej się rozpuszcza.

pH

Jego wodne roztwory są silnie zasadowe.

Właściwości chemiczne

Jest produkowany w handlu w stosunku wagowym SiO ₂ / Na ₂ O w zakresie od 1,5 do 3,3. Wraz ze wzrostem stosunku SiO ₂ rozpuszczalność w wodzie i zasadowość maleją.

Rozpuszczanie stałego krzemianu w wodzie może tworzyć galaretowate lub bardzo lepkie mieszaniny.

Proszek krzemianu sodu może rozpływać się, to znaczy, jeśli zawiera dużą ilość Na ₂ O, ma tendencję do łatwego wchłaniania wody z otoczenia.

Jeśli pH ich roztworów zostanie obniżone przez dodanie kwasu, tworzy się żel.

Inne właściwości

Nie jest łatwopalny.

Otrzymywanie

Aby otrzymać krzemiany sodu, piasek krzemionkowy SiO ₂ jest topiony z bezwodnym węglanem sodu Na ₂ CO ₃ w otwartym piecu. Stosunek molowy piasku do węglanu sodu może wahać się w handlu od 0,5 do 3,75.

Złoża piasku kwarcowego na terenie Indii. ರವಿಮುಂ. Źródło: Wikimedia Commons.

Aplikacje

W mydłach i detergentach

Krzemiany sodu są jednymi z pierwszych związków stosowanych w formulacjach detergentów.

Detergenty na ogół zawierają w swoim składzie krzemian sodu. Autor: Karunasanghvi. Źródło: Pixabay.

Krzemian sodu sekwestruje jony wapnia Ca ²⁺ i magnezu Mg ²⁺ , niwelując tzw. Twardość wody, czyli ją zmiękczając. W ten sposób powstają nierozpuszczalne osady, dlatego stosuje się go w niewielkich ilościach.

Działanie krzemianu sodu umożliwia działanie detergentu bez wpływu wspomnianych jonów na proces czyszczenia.

W katalizatorach i żelach krzemionkowych

Żele krzemionkowe są zwykle przygotowywane przez zakwaszenie roztworu krzemianu sodu do pH poniżej 10 lub 11. Czas wymagany do żelowania jest różny.

Żel krzemionkowy. Do jej przygotowania niezbędny jest krzemian sodu. Desykanty. Źródło: Wikimedia Commons.

Krzemionkę można przygotować przez zmieszanie krzemianu sodu z mocnym kwasem mineralnym. Krzemian sodu jest używany do produkcji podłoży katalizatorów, ponieważ jest źródłem krzemionki SiO ₂ .

Jako klej lub klej

Jako spoiwa i uszczelniacze stosuje się stężone wodne roztwory krzemianu sodu. Mogą wytrzymać temperatury do 1100 ° C.

Główne zastosowania klejów sodowo-krzemianowych to papier samoprzylepny, tektura falista lub falista, pudełka i kartony. Również do klejenia lub aglomerowania drewna lub do łączenia metalu z różnymi rodzajami materiałów.

Tekturę falistą lub falistą wytwarza się przy użyciu kleju sodowo-krzemianowego. Autor: Stux. Źródło: Pixabay.

Służy do klejenia szkła, porcelany, ceramiki, tekstyliów, skóry itp. Do klejenia pojemników z włókna szklanego, szkła optycznego i szkła odpornego na uderzenia.

Umożliwia przygotowanie cementów ogniotrwałych do budowy zbiorników, kotłów, pieców i form do odlewania metali, a także do wykonywania zapraw lub cementów wodoszczelnych lub kwasoodpornych.

Krzemiany sodu mogą reagować z fluorkami krzemu, tworząc kwasoodporne cementy o niskiej tendencji do kurczenia się i rozszerzalności cieplnej podobnej do stali.

Wykorzystywane są również do wykonywania cementów do tarcz ściernych stosowanych do polerowania.

W płuczkach wiertniczych

Krzemian sodu jest stosowany od wielu lat jako zaprawa chemiczna podczas wiercenia niektórych typów formacji o bardzo dużej przepuszczalności, np. Składających się z piasku.

Wysoka przepuszczalność oznacza, że ​​łatwo przepuszcza płyny.

Jest dodawany razem ze związkiem aktywującym krzemian do tworzenia polimeru. Polimer ten zapewnia wytrzymałość, sztywność i zmniejsza przepuszczalność w glebach ziarnistych.

Ponieważ gleba jest mniej przepuszczalna, ciecz nie przepływa przez nią swobodnie i w ten sposób unika się utraty płynu podczas fazy wiercenia odwiertu.

Wiercenie szybów naftowych. Oil_Rig_NT8.jpg: * praca pochodna: Mudgineer (dyskusja) Oil_Rig_NT.PNG: Tosakerivative work: Malyszkz. Źródło: Wikimedia Commons.

W różnych zastosowaniach

Krzemian sodu ma również różnorodne zastosowania. Niektóre są wymienione poniżej.

-W produktach do codziennej pielęgnacji, np. Jest składnikiem kremów do golenia.

-W uzdatnianiu wody.

-W wybielaniu tekstyliów, takich jak wełna.

-W bieleniu masy papierniczej. Na przykład do wybielania mielonego drewna stosuje się mieszaninę zawierającą między innymi nadtlenek wodoru i krzemian sodu. Krzemian sodu służy do maskowania jonów metali, które mają tendencję do przyspieszania rozkładu nadtlenku.

-Do produkcji tkanin ognioodpornych. Jako środek zmniejszający palność i jako powłoka do wyposażenia ochronnego.

-W pigmentach krzemionkowych.

-W celu wykrycia ziaren kukurydzy zaatakowanych przez owady. Stosuje się mieszaninę krzemianu sodu i wody, w której porażone ziarna szybko wypływają na powierzchnię.

-W elektrolitycznym osadzaniu cynku.

-Do czyszczenia metali.

-W flotacji minerałów stosowany jest jako dyspergator szlamu i mułu oraz jako kondycjoner powierzchni mineralnej.

-Do impregnacji drewna.

Ryzyka

Krzemian sodu ze względu na wysoką zawartość alkaliów działa silnie drażniąco na skórę, oczy i błony śluzowe. W przypadku połknięcia może działać toksycznie i podrażniać błony śluzowe podobnie jak roztwory sody kaustycznej.

Należy go przechowywać oddzielnie od mocnych kwasów, metali i halogenów, takich jak fluor, z którymi gwałtownie reaguje.

Bibliografia

1. Ebnesajjad, S. (2015). Charakterystyka materiałów klejących. Rozpuszczalne krzemiany (krzemian potasu i sodu). W Podręczniku klejów i przygotowania powierzchni. Odzyskany z sciencedirect.com.
2. Fink, JK (2012). Dodatki do utraty płynów. Metakrzemian sodu. W Przewodniku inżyniera naftowego po chemikaliach i płynach na polach naftowych (wydanie drugie). Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). Krzemian sodu. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Kirk-Othmer. (1984). Encyclopedia of Chemical Technology, wyd. 3, John Wiley and Sons.
5. Maeda, K. i in. (2007). Zeolity z MOF do materiałów porowatych - The 40 ^th Anniversary of Międzynarodowej Konferencji zeolitu. Doktor nauk o powierzchni i katalizy. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Chopade, SP i Nagarajan, K. (2000). Formuły detergentów: wymiana jonowa. W Encyclopedia of Separation Science. Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Garcia-Lodeiro, I. i wsp. (2015). Kluczowe spostrzeżenia dotyczące projektowania mieszanki aktywowanych alkaliami spoiw cementowych. Wpływ krzemianów: stopień polimeryzacji rozpuszczalnych krzemianów. W Podręczniku cementów, zapraw i betonów aktywowanych alkaliami. Odzyskany z sciencedirect.com.