اسید سیلیسیک

هر مولکولی حاوی گروه های Si=O و Si–OH

در شیمی ، یک اسید سیلیسیک ( / s ɪ ˈ l ɪ s ɪ k / ) به هر ترکیب شیمیایی حاوی عنصر سیلیکون متصل به گروه های اکسید ( =O ) و هیدروکسیل ( −OH ) با فرمول کلی [H _{2 x} SiO ) گفته می شود. _{x +2} ] _n یا به طور معادل، [SiO _x (OH) _{4-2 x} ] _n . ^{[1] [2]} اسید ارتوسیلیک یک نمونه معرف است. اسیدهای سیلیسیک به ندرت به صورت مجزا مشاهده می شوند، اما تصور می شود که در محلول های آبی از جمله آب دریا وجود دارند و در زیست کانی سازی نقش دارند . ^[3] آنها معمولاً اسیدهای ضعیف بی رنگ هستند که به قدری در آب محلول هستند. مانند آنیونهای سیلیکات که بازهای مزدوج شناخته شده آنها هستند ، اسیدهای سیلیسیک به صورت الیگومری یا پلیمری پیشنهاد می شوند . هیچ اسید سیلیسیک ساده ای تاکنون شناسایی نشده است، زیرا این گونه ها در درجه اول مورد توجه نظری هستند.

بسته به تعداد اتم های سیلیکون موجود، اسیدهای تک و پلی سیلیسیک (دی، تری، تتراسیلیک و غیره) وجود دارد. اسیدهای سیلیسیک به خوبی تعریف شده به شکلی به دست نیامده اند که توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس مشخص شده باشد .

نمونه ها

واکنش ها

اسیدهای سیلیسیک را می توان به صورت اشکال هیدراته سیلیس مشاهده کرد، یعنی 2 H _{2 x} SiO _{x + 2} = SiO ₂ · (H ₂ O) _x . در واقع، در محلول های غلیظ، اسیدهای سیلیسیک به طور کلی پلیمریزه و متراکم می شوند و در نهایت به دی اکسید سیلیکون و آب تجزیه می شوند . مراحل میانی ممکن است مایعات بسیار غلیظ یا جامدات ژل مانند باشند. ^{[4] [5] [6]} از دست دادن آب دومی، یک شکل نیمه شفاف سخت از سیلیس با منافذ در مقیاس اتمی، به نام سیلیکاژل ، به دست می‌آید که به طور گسترده به عنوان جاذب آب و عامل خشک‌کننده استفاده می‌شود .

سیلیکا بسیار کم در آب حل می شود ^{[ نیازمند منبع ] و در آب دریا در غلظت های کمتر از 100} قسمت در میلیون وجود دارد . در چنین محلول های رقیق، سیلیس به عنوان اسید اورتوسیلیک وجود دارد. محاسبات نظری نشان می دهد که انحلال سیلیس در آب از طریق تشکیل کمپلکس SiO ₂ · 2H ₂ O و سپس اسید اورتوسیلیک انجام می شود. ^[7]

پیوند دوگانه سیلیکون-اکسیژن متاسیلیک اسید، که با فرمول H ₂ SiO ₃ تلقی می شود ، فرضی یا بسیار ناپایدار است. چنین پیوندهای دوگانه ای را می توان به یک جفت گروه هیدروکسیل ( -OH ) هیدراته کرد : ^[4]

${\displaystyle {\ce {=Si=O + H2O <-> =Si(-OH)2}}}$

به عنوان مثال،

${\displaystyle {\ce {{\overset {metasilicic\ acid}{H2SiO3}}+H2O<->{\overset {orthosilicic\ acid}{H4SiO4}}}}}$

یا

${\displaystyle {\ce {{\overset {disilicic\ acid}{H2Si2O5}}+2H2O<->{\overset {pyrosilicic\ acid}{(HO)3Si-O-Si(OH)3}}}}}$

از طرف دیگر، متاسیلیک اسید قادر به تشکیل پلیمرهای حلقوی [-SiO(OH) _2- ] _n است که می تواند با هیدراتاسیون به پلیمرهای زنجیره ای HO [-SiO(OH) _2- ] _nH باز شود . به طور مشابه، اسید دی سیلیسیک قادر به تشکیل پلیمرهای پیچیده با یک واحد چهار ظرفیتی، [=Si ₂ O ₃ (OH) ₂ =] _n است . در مقابل، اسیدهای الیگومری و پلیمری ممکن است با هیدرولیز پل های Si-O-Si depolymerized شوند یا چنین پل هایی ممکن است در اثر تراکم ایجاد شوند :

${\displaystyle {\ce {#Si-O-Si# + H2O <-> #Si-OH + HO-Si#}}}$

مانند سیلانول های آلی ، اسیدهای سیلیسیک اسیدهای ضعیفی هستند. اسید ارتوسیلیک پتانسیل تفکیک pKa1 = _9.84  ، pKa2 = _{13.2 در دمای}  25 درجه سانتیگراد _را محاسبه کرده است.

اسیدهای سیلیسیک و سیلیکات‌های موجود در محلول با آنیون‌های مولیبدات واکنش می‌دهند و کمپلکس‌های سیلیکومولیبدات زرد تولید می‌کنند. این واکنش برای تیتر کردن محتوای سیلیکون در محلول های آبی و تعیین ماهیت آنها استفاده شده است . در یک آماده سازی معمولی، اسید اورتوسیلیک مونومر به طور کامل در 75 ثانیه، اسید پیروسیلیک دیمریک در 10 دقیقه، و الیگومرهای بالاتر در زمان قابل توجهی طولانی تر واکنش نشان می دهد . واکنش با سیلیس کلوئیدی مشاهده نمی شود . ^[8]

درجه پلیمریزاسیون اسیدهای سیلیسیک در محلول آب را می توان با تأثیر آن بر نقطه انجماد محلول تعیین کرد ( کرایوسکوپی ). ^[8]

تاریخچه

اسید سیلیسیک توسط Jöns Jacob Berzelius در اوایل قرن نوزدهم برای توضیح انحلال دی اکسید سیلیکون (سیلیکا، کوارتز) در آب، یعنی از طریق واکنش هیدراتاسیون استفاده شد :

${\displaystyle {\ce {{\overset {silica}{SiO2}}+{\overset {water}{H2O}}<->{\overset {silicic\ acid}{H2SiO3}}}}}$

بر اساس منحنی‌های فشار بخار برای ژل سیلیکا ، Reinout Willem Van Bemmelen استدلال کرد که هیچ هیدرات سیلیکا وجود ندارد، فقط سیلیکاژل وجود دارد. از سوی دیگر، گوستاو چرماک فون سیزنگ معتقد بود که اسیدهای سیلیسیک مختلف را به عنوان محصولات تجزیه ژل های سیلیکات طبیعی مشاهده کرده است . ^[9]

اولین اسید سیلیسیک کریستالی از ناتروسیلیت فیلوسیلیکات ( Na ₂ Si ₂ O ₅ ) در سال 1924 تهیه شد. بیش از 15 اسید کریستالی شناخته شده است و حداقل شش تغییر H ₂ Si ₂ O ₅ را شامل می شود . برخی از اسیدها می‌توانند مولکول‌های آلی را جذب و در هم بگنجانند و بنابراین جایگزین‌های جالبی برای سیلیس هستند. ^[10]

آماده سازی

اسیدهای سیلیسیک کریستالی را می‌توان با حذف کاتیون‌های سدیم از محلول‌های سیلیکات سدیم با رزین تبادل یونی ، یا با پردازش سیلیکات‌های سدیم با اسید سولفوریک غلیظ تهیه کرد . ^[10]

همچنین ببینید

• اسید بوریک

مراجع

1. گرین وود، NN; Earnshaw، A. (2012). شیمی عناصر. علم الزویر. ص 346. شابک 978-0-08-050109-3. بازبینی شده در 27 ژوئیه 2022 .
2. ایلر، RK (1979). شیمی سیلیس . نیویورک: وایلی. شابک 0-471-02404-X.
3. فرانک ویگلسورث کلارک (۱۹۱۴). "اسیدهای سیلیسیک" (PDF) . قانون اساسی سیلیکات های طبیعی . صص 10-19.
4. WE Gye و WJ Purdy (1922): "خواص سمی سیلیس کلوئیدی. I: اثرات تجویز تزریقی دوزهای زیاد". مجله بریتانیایی آسیب شناسی تجربی ، جلد 3، شماره 2، صفحات 75-85. PMC  2047780.
5. کاتسومی گوتو (1956): "اثر pH بر پلیمریزاسیون اسید سیلیسیک". مجله شیمی فیزیک ، جلد 60، شماره 7، صفحات 1007-1008. doi : 10.1021/j150541a046.
6. هانس رامبرگ (1952): "پیوندهای شیمیایی و توزیع کاتیون ها در سیلیکات". مجله زمین شناسی ، جلد 60، شماره 4، صفحات 331-355. doi :10.1086/625982.
7. Bhaskar Mondal، Deepanwita Ghosh و Abhijit K. Das (2009): "ترموشیمی برای واکنش تشکیل اسید سیلیسیک: پیش بینی مسیر واکنش جدید". نامه های فیزیک شیمی ، جلد 478، شماره 4-6، صفحات 115-119. doi :10.1016/j.cplett.2009.07.063.
8. GB Alexander (1953): "واکنش اسیدهای سیلیسی با وزن مولکولی کم با اسید مولیبدیک". مجله انجمن شیمی آمریکا ، جلد 75، شماره 22، صفحات 5655-5657. doi : 10.1021/ja01118a054.
9. رابرت شوارتز; ارنست منر (1924)، "Zur Kenntnis der Kieselsäuren"، بر. Dtsch. شیمی. Ges. (به آلمانی)، 57 (8): 1477–1481، doi :10.1002/cber.19240570850.
10. "Silicates"، Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (ویرایش هفتم)، 2007، doi :10.1002/14356007.a23_661.