Химические свойства

Природные силикаты и алюмосиликаты, цеолиты

Химические свойства

Способы получения

Кремниевые кислоты

Диоксид кремния — кислот­ный оксид. Ему соответствуют слабые малорастворимые в воде кремниевые кислоты. Их можно представить общей формулой nSiO₂•mН₂О. В свободном состоянии выделены ортокремниевая Н₄SiO₄, метакремниевая (или кремниевая) H₂SiO₃ кислоты. Метакремниевая кислота довольно легко образует пере­сыщенные растворы, в которых она постепенна полимеризуется и переходит в коллоидное состояние. С помощью стабилизаторов можно получить стойкие золи кремниевой кислоты высокой концентрации. Эти растворы применяются в некоторых производ­ствах, например, при изготовлении бумаги, для обработки воды.

В отсутствие стабилизаторов золь кремниевой кислоты перехо­дит в гель. При его высушивании образуются пористые продукты (силикагель), применяемые в качестве осушителей и адсор­бентов.

1) Осаждение кислотами из растворов силикатов щелочных металлов:

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl

2) Гидролиз хлорсиланов:

SiCl₄ + 4H₂O = H₄SiO₄ + 4HCl

Кремниевые кислоты – очень слабые кислоты (слабее угольной).

При нагревании они дегидратируются с образованием в качестве конечного продукта кремнезема:

_{-H2O -H2O}

H₄SiO₄ → H₂SiO₃ → SiO₂

Силикаты чрезвычайно распространены в природе. К природным силикатам принадлежат полевые шпаты, слюды, глины, асбест, тальк и многие другие минералы. Силикаты входят в состав целого ряда горных пород: гранита, гнейса, базальта, различных сланцев и т. д. Многие драгоценные камни, например, изумруд, топаз, аквамарин пред­ставляют собой хорошо образованные кристаллы природных силикатов.

1) Поскольку кремниевые кислоты чрезвычайно слабые, их соли в водных растворах сильно гидролизованы:

Na₂SiO₃ + H₂O ↔ NaHSiO₃ + NaOH

SiO₃^2- + H₂O ↔ HSiO₃^- + OH^-

2) По этой же причине при пропускании углекислого газа через растворы силикатов происходит вытеснение из них кремниевой кислоты:

K₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = H₂SiO₃↓ + K₂CO₃

Состав природных силикатов выражается в большинстве случаев довольно сложными формулами. Ввиду сложности этих формул, принято писать их несколько иначе, чем обычные формулы солей.

Дело в том, что всякую соль кислородной кислоты можно рас­сматривать как соединение кислотного оксида с основным (или даже с двумя основными оксидами, если это двойная соль). На­пример, СаСО₃ можно рассматривать как соединение СаО и СО₂, Аl₂(SО₄)₃ — как соединение Аl₂О₃ и 3 SО₃ и т. д. На этом основа­нии при изображении состава силикатов обычно пишут отдельно формулы диоксида кремния и всех оксидов, образующих силикат, соединяя их точками.

Приведем формулы некоторых природных силикатов:

Каолин Аl₂О₃ • 2 SiO₂ • 2 Н₂О

Слюда белая К₂О • 3 А1₂О₃ • 6 SiO₂ • 2 Н₂О

Как уже указывалось ранее, силикаты, содержащие алюминий, называются алюмосиликатами. Самыми важными из них являются полевые шпаты.

В состав полевых шпатов, кроме оксидов кремния и алюминия входят еще оксиды калия, натрия или кальция. Обычный полевой шпат, или ортоклаз, содержит оксид калия; состав его выражается формулой К₂О • А1₂О₃ • 6 SiO₂ Преобладающий цвет полевых шпа­тов — белый или красный. Полевые шпаты встречаются в природе как в виде сплошных залежей, так и в составе сложных горных пород.

К алюмосиликатам относятся также слюды, отличающиеся способностью раскалываться на тонкие, гибкие листочки. Слюды имеют сложный состав и наряду с кремнием и алюминием содержат водород, калий или натрий; в состав некоторых слюд входят также кальций, магний и железо.

Некоторые алюмосиликаты обладают рыхлой структурой и спо­собны к ионному обмену содержащейся в них водой на другие жидкости (спирт, аммиак и т. д.). Такие силикаты — природные и особенно искусственные — применяются для водоумягчения и называются цеолитами.