Tlenowe kwasy krzemowe
SiO2, mimo iż jest bezwodnikiem kwasowym, nie tworzy kwasów w bezpośredniej reakcji z wodą, uwodnienie go jest możliwe tylko dzięki złożonym metodom, jak np. stapianie ditlenku krzemu z NaOH, co pozwala uzyskać krzemiany sodu bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie (np. ortokrzemian sodu, Na4Sio4). Uzyskane roztwory krzemianów mają odczyn silnie alkaliczny. W wyniku reakcji protolitycznych powstają kwasy krzemowe i polikrzemowe o różnym składzie, które trudno rozdzielić. Możemy stwierdzić, iż pierwszym produktem jest bardzo słaby kwas ortokrzemowy, H4SiO4:
Na4SiO4 + 4H2O ↔ H4SiO4 + 4NaOH
Kwas ten wykazuje tendencję do odszczepiania ze swej struktury cząsteczek wody i tworzenia przy tym kwasów polikrzemowych dzięki reakcji kondensowania, w wyniku której powstają zarówno proste, jak i rozgałęzione łańcuchy -Si-O-Si-O-.
Tendencja kwasu ortokrzemowego do kondensacji powoduje tworzenie coraz większych cząstek kwasów polikrzemowych, które czasem tworzą nawet struktury trójwymiarowe. Wraz ze wzrostem rozmiarów cząstek maleje ich rozpuszczalność w wodzie; roztwory rzeczywiste tworzą wyłącznie najprostsze kwasy krzemowe, wyższe dają roztwory koloidalne, zaś te o najbardziej rozbudowanych łańcuchach obserwujemy w postaci galaretowatego osadu, który wraz z roztworem może zakrzepnąć z utworzeniem jednolitego żelu. Powstający w wyniku kondensacji żel tworzy skomplikowana mieszanina nie dających się na ogół wydzielić w postaci czystej kwasów polikrzemowych. Stąd też ogólny wzór przypisywany mieszaninie kwasów krzemowych, oddający zmienny, zależny od warunków otrzymywania stosunek ilościowy SiO2 i H2O mający postać:
xSiO2 ∙ yH2O
Bardzo duże znaczenie dla szybkości zachodzenia procesu kondensacji ma pH roztworu. W roztworach o pH bardzo wysokim (ok. 13) oraz bardzo niskim (2-3) jest ona bardzo mała i trwałość rozcieńczonego roztworu kwasów ortokrzemowych jest największa. Krzemian sodu jest kwasem mocnej zasady i słabego kwasu, więc z reguły jego roztwór ma wysokie pH, które hamuje kondensację i nie obserwujemy wydzielania się osadu. Podobnie mocny kwas obniżający pH do wartości 2-3 hamuje kondensację. Jej szybkość natomiast jest największa, w roztworze o odczynie zbliżonym do obojętnego (6-7), kiedy to osad wydziela się najszybciej (pH roztworu alkalicznego można obniżyć zarówno dodając kwas, jak i NH4Cl). Poza tym szybkość kondensacji rośnie także w pH < 2.
Silikażel
Zawiera zwykle 0,1 - 0,2 moli H2O na jeden mol SiO2, zatem ma skład w granicach od
10 SiO2 ∙ H2O do
5 SiO2 ∙ H2O.
Jest produktem powstałym podczas suszenia żelu kwasów krzemowych w powietrzu. Charakterystyczna jest dla niego bardzo silnie rozwinięta powierzchnia i doskonałe właściwości adsorpcyjne (w znacznym stopniu zależne od sposobu przygotowania preparatu). Zwany też żelem krzemionkowym stosowany jest do adsorbowania par (benzyny, eteru, alkoholu itp.), osuszania gazów, oczyszczania cieczy oraz jako nośnik dla katalizatorów czy środek odwadniający.
Znaczną trudność w ilościowym wydzieleniu krzemionki stwarza fakt, iż wysuszony osad uwodnionej krzemionki w zetknięciu z roztworami wodnymi obok pochłaniania z nich różnych substancji, sam ulega rozpuszczeniu. W związku z tym by całkowicie wydzielić krzemionkę znajdującą się w roztworze w postaci rozpuszczalnych krzemianów lub roztworu koloidalnego należy kilkakrotnie odparować badany roztwór do sucha ze stężonym kwasem solnym,. Dzięki temu kondensacja jest tak posunięta, iż produkt ostateczny zawiera jedynie wielkocząsteczkowe kwasy krzemowe nie ulegające peptyzacji w obecności kwasu solnego.
Edyta Warzyszak