硅酸是一類具有[SiOx(OH)4-2x]n通式的化合物,可以由可溶性硅酸鹽與酸反應制取。簡單的硅酸如偏硅酸H2SiO3、二硅酸H2Si2O5和原硅酸H4SiO4等已經(jīng)在稀溶液中檢測出;偏硅酸只能在0℃左右存在,室溫時縮合成二硅酸,二硅酸在150℃時轉變?yōu)闊o定形態(tài)。
應用
可溶性的硅酸鹽,加任何弱酸(氫氟酸除外) ,都可以得到硅酸;游離出來的單分子硅酸,可溶于水,但它在溶液中逐漸締合而成雙分子、三分子,最后形成不溶解的多分子聚合物,所得的膠體稱為“硅酸溶膠”;如果硅酸鹽溶液濃度較大,則加酸后直接形成硅酸膠凍,脫水后得到硅酸凝膠;硅膠應用于吸收各種氣體和蒸汽、精煉石油等,并可以用作催化劑的載體。
制備
硅酸可以通過用離子交換樹脂從硅酸鈉溶液中去除鈉陽離子,或用濃硫酸處理硅酸鈉來制備結晶硅酸。
反應
硅酸可以被看作是二氧化硅的水合形式,即H2xSiOx+2 = (SiO2)·(H2O)x。事實上,在濃縮溶液中,硅酸一般會聚合和凝結,最終降解為二氧化硅和水。中間階段可能是非常粘稠的液體或凝膠狀的固體。將后者脫水后會產(chǎn)生一種具有原子級孔隙的堅硬的半透明二氧化硅形式,稱為硅膠,它被廣泛用作吸水劑和干燥劑。
硅石很少溶解在水中,在海水中的濃度低于100ppm。在這樣的稀釋溶液中,二氧化硅被認為以原硅酸的形式存在。理論計算表明,二氧化硅在水中的溶解是通過形成SiO2·2H2O復合物,然后是原硅酸。
偏硅酸的硅氧雙鍵,由公式H2SiO3,是假想的或高度不穩(wěn)定的。這種雙鍵可以水化為一對羥基(OH):=Si=O + H2O ? =Si(?OH)2
另外,偏硅酸有可能形成環(huán)狀聚合物[?SiO(OH)2?]n,可以通過水化作用打開成鏈狀聚合物HO[?SiO(OH)2?]nH。同樣地,二硅酸有可能形成具有四價單元的復合聚合物,[=Si2O3(OH)2=]n。 相反,低聚物和聚合酸可以通過Si?O?Si橋的水解而解聚,或者通過縮合產(chǎn)生這種橋。
≡Si?O?Si≡ + H2O ? ≡Si?OH + HO?Si≡
像有機硅醇一樣,硅酸被認為是弱酸。原硅酸的計算酸度系數(shù)pKa1 = 9.84, pKa2 = 13.2(在25℃下)。