Natrijum-silikat je so rastvorljiva u vodi, čiji se vodeni rastvor naziva vodeno staklo. Po hemijskom sastavu je natrijum metasilikat, i pojavljuje se u sledećim oblicima: -{Na2SiO3}- i -{Na2SiO3·9H2O}-. Postoje i druge forme (npr. ortosilikat -{Na4SiO4}-), a njihova zajednička osobina je rastvorljivost u vodi uz formiranje staklaste emulzije. To je jonsko jedinjenje koje se sastoji od natrijumovih katjona i polimerni metasilikatnih anjona [––]-{n}-. To je bezbojna kristalna higroskopna čvrsta supstanca, rastvorljiva u vodi (daje alkalni rastvor), ali ne i u alkoholima.Chemical Book: "Sodium metasilicate". Accessed on 2018-05-13.
U industriji se različite vrste natrijum-silikata odlikuju težinskim odnosom -{SiO2:Na2O}- (koji se množenjem sa 1,032 može pretvoriti u molarni odnos). Odnos može varirati između 1:2 i 3,75:1.Gerard Lagaly, Werner Tufar, A. Minihan, A. Lovell "Silicates" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2005. Materijali s odnosom ispod 2,85:1 nazivaju se alkalnim. Oni s većim odnosom -{SiO2:Na2O}- se opisuju kao neutralni.
Istorija
Rastvorljive silikate alkalnih metala (natrijum ili kalijum) primetili su evropski alhemičari već tokom 1500-ih. Điambatista dela Porta je primetio 1567. godine da tartari salis (krema od tartara, Kalijum-bitartrat) dovodi do topljenja kristala u prahu (kvarca) na nižoj temperaturi.Giambattista della Porta (1569): Magia naturalis sive de miraculis rerum naturalium, libri iiii (Natural magic or on the miracles of nature, in four books); pages 290–291, "Crystallus, ut fusilis fiat" (quartz, so made molten). Published by Guillaume Rouillé (Gulielmum Rovillium) in Lyon (Lugdunum) France Druge moguće rane reference na alkalne silikate dali su Basil Valentin 1520. godine,Kohn, C. (1862): "Die Erfindung des Wasserglas im Jahre 1520" (The invention of waterglass in the year 1520), Zeitschrift des Oesterreichischen Ingenieur-Vereins (Journal of the Austrian Engineer Association), volume 14, i Agrikola 1550. Oko 1640. godine, Jan Baptist van Helmont je izvestio o stvaranju alkalnih silikata kao rastvorljive supstance nastale topljenjem peska s viškom alkalija i primetio je da se silicijum-dioksid može kvantitativno istaložiti dodavanjem kiseline u rastvor.Johannes van Helmont (1644): Opuscula medica inaudita, published by Jost Kalckhoven (Jodocum Kalcoven) Cologne, Germany. In Part I: De Lithiasi, , van Helmont mentions that alkalis dissolve silicates: "Porro lapides, gemmae, arenae, marmora, silices, &c. adjuncto alcali, vitrificantur: sin autem plure alcali coquantur, resolvuntur in humido quidem: ac resoluta, facili negotio acidorum spirituum, separantur ab alcali, pondere pristini pulveris lapidum." (Furthermore, stone, gems, sand, marble, silica, etc., become glassy by the addition of alkali: but if roasted with more alkali, they are dissolved in moisture: and the former weight of the stone powder is separated from the alkali and released by simply adding acid.)
Glauber je 1646. godine napravio kalijum-silikat, koji je nazvao tečnom silikom, topljenjem kalijum-karbonata (dobijenog kalciniranjem kreme od kamenca) i peska u loncu, i zadržavajući smešu rastopljenom dok nisu prestali da izlaze mehuri (zbog oslobađanja ugljen-dioksida). Smeša je ostavljena da se ohladi, a zatim je mlevena u fini prah. Kada je prah bio izložen vlažnom vazduhu, postepeno je formirao viskoznu tečnost, koju je Glauber nazvao „-{Oleum oder Liquor Silicum, Arenæ, vel Crystallorum}-“ (i.e. ulje ili rastvor silike, peska ili kvarcnog kristala).Johann Rudolf Glauber (New Philosophical Furnace). Published by Johan Jansson, Amsterdam.Johann Rudolf Glauber (1661): Furni Novi Philosophici Oder Beschreibung einer New-erfundenen Distillir-Kunst (New Philosophical Furnace, or Treatise on Newly Discovered Distillation Art) chapter LXXIX, pages 164–166: "Wie durch Hülff eines reinen Sandes oder Kißlings auß Sale Tartari ein kräfftiger Spiritus kan erlanget werden." (How with the help of a pure sand or silica a powerful solution can be gotten from cream of tartar). Međutim, kasnije se tvrdilo da supstance koje su pripremali ti alhemičari nije bila vodeno staklo, kako se danas razume.Anon. (1863): "Die Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520." Kunst- und Gewerbe-Blatt, volume 49, Anon. (1863): "Die Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520." Reprint, Polytechnisches Journal, volume 168, Anon. (1863) "Die angebliche Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520" (On the alleged invention of waterglass in the year 1520). Reprint, Neues Repertorium für Pharmacie, volume 12, Nju je 1818. godine pripremio Johan Nepomuk fon Fuhs, tretirajući alkalijom silikonsku kiselinu; rezultatirajuća materija je rastvorljiva u vodi, „ali na nju ne utiču atmosferske promene“.Johann Nepomuk von Fuchs (1825) (On a new product from silica and potash), . ,. On page 386: "Ich erhielt es zuerst, vor ungefähr 7 Jahren" (I first obtained it about 7 years ago).Joh. Nepomuk Fuchs (1825) "Ueber ein neues Produkt aus Kieselerde und Kali; und dessen nüzliche Anwendung als Schuzmittel gegen schnelle Verbreitung des Feuers in Theatern, als Bindemittel, firnißartigen Anstrichen u.s.w." (On a new product from silica and potash; and its useful application as a protection against the rapid spread of fire in theaters, as a glue, varnish, etc.). Polytechnisches Journal, volume 17,
Izraze „vodeno staklo“ i „rastvorljivo staklo“ koristili su Leopold Volf 1846,Leopold Wolff (1846): Das Wasserglas: Seine Darstellung, Eigenschaften und seine mannichfache Anwendung in den technischen Gewerben (Water-glass: its preparation, properties, and its manifold uses in technical commerce) published by Quedlinburg, Leipzig, Germany. Emil Kop 1857,Emile Kopp (1857): "Sur la préparation et les propriétés du verre soluble ou des silicates de potasse et de soude; analyse de tous les travaux publiés jusqu'a ce jour sur ce sujet" (On the preparation and properties of soluble glass or the silicates of potash and soda; analysis of all works published until today on this subject). Le Moniteur scientifique, volume 1, 337–349, . i Herman Kracer 1887.Hermann Krätzer (1887): Wasserglas und Infusorienerde, deren Natur und Bedeutung für Industrie, Technik und die Gewerbe (Water-glass and soluble earths, their nature and significance for industry, technology, and commerce). Published by Hartleben, Vienna, Austria.
Godine 1892. Rudolf fon Vagner razlikovao je sodu, potašu, dvostruku (soda i potaša) i fiksiranu (tj. stabilizovanu) smešu kao vrste vodenog stakla. Fiksirani tip bio je „mešavina silicijum-dioksida dobro zasićena potašnim vodenim staklom i natrijum-silikatom“ koja se koristi za stabilizaciju neorganskih pigmenata vodene boje na cementnim radovima za spoljne znakove i freske.Von Wagner, Rudolf (1892; translation of 13th edition by Willian Crookes) Manual of Chemical Technology . (1892 translation)Hermann Mayer (1925): Das Wasserglas; Sein Eigenschaften, Fabrikation und Verwendung auf Grund von Erfahrungen und Mitteilungen der Firma Henkel & Cie. (The Water-glass: Its properties, production, and application on the basis of experiences and communications of the firm of Henkel & Co.) Published by Vieweg, Braunschweig, Germany.Morris Schrero (1922): Water-glass: A Bibliography. Published by Carnegie Library, Pittsburgh, Pennsylvania.
Priprema i osobine
Anhidratno jedinjenje se može pripremiti topljenjem silicijum-dioksida (silike, kvarca) s natrijum-oksidom u molarnom odnosu 1: 1.
Rastvori natrijum-silikata mogu se dobiti tretiranjem smeše silike (obično u vidu kvarcnog peska), kaustične sode i vode, vrućom parom u reaktoru. Ukupna reakcija je
2x -{NaOH}- + → · + x
Natrijum-silikati se obično mogu dobiti rastvaranjem silike (čija tačka topljenja je 1713 °-{C}-) u rastopljenom natrijum-karbonatu (koji se topi uz dekompoziciju na 851 °-{C}-): x + → · + Ovaj materijal se isto tako može dobiti iz natrijum-sulfata (tačka topljenja 884 °-{C}-) s ugljenikom kao redukcionim agensom: 2x + C + 2 → 2 · + 2 +
Godine 1990. 4 miliona tona alkalnih metalnih silikata je proizvedeno.
Natrijum-silikat kristališe se iz rastvora u vidu raznih hidrata, kao što su pentahidrat ·5 (CAS 10213-79-3, EC 229-912-9, PubChem 57652358) nonahidrat ·9 (CAS 13517-24-3, EC 229-912-9, PubChem 57654617)
Struktura
U bezvodnoj čvrstoj supstanci, metasilikatni anjon je zapravo polimeran, i sastoji se od tetraedara {-{SiO}-4} koji se dele u uglove, a ne od diskretnog jona -{SiO}-32− .
Pored bezvodnog oblika, postoje hidrati s formulom Na2SiO3·nH2O (gde je -{n}- = 5, 6, 8, 9), koji sadrže diskretni, približno tetraedarski anjon -{SiO2(OH)22−}- s hidratantnom vodom. Na primer, komercijalno dostupni natrijum-silikat-pentahidrat -{Na2SiO3·5H2O}- je formulisan kao -{Na2SiO2(OH)2·4H2O}-, a nonahidrat -{Na2SiO3·9H2O}- je formulisan kao -{Na2SiO2(OH)2·8H2O}-.Wells A.F. 5th edition Oxford Science Publications Pentahidratna i nonahidratna forma imaju svoje zasebne CAS brojeve, 10213-79-3 i 13517-24-3 respektivno.
Upotreba Upotrebljava se u industriji kao adhezivno sredstvo, za sprečavanje korozije, u proizvodnji vatrostalnih materijala, u proizvodnji tekstila, itd.
Natrijum metasilikat reaguje s kiselinama i formira silika gel.
Cementi i veziva - dehidrirani natrijum-metasilikat formira cement ili vezivno sredstvo. Pulpa - sredstvo za dimenzionisanje i pufer/stabilizacioni agens kad se pomeša s vodonik-peroksidom. Sapuni i deterdženti - kao sredstvo za emulgovanje i formiranje suspenzija. Primena u automobilskoj industriji - razgradnja starih motora (CARS program), zaptivač sistema za hlađenje, popravka izduvnih sistema. Konzervans za jaja - zaptiva jaja povećavajući rok trajanja. Zanatstvo - formira „stalagmite“ reakcijom i taloženjem metalnih jona. Takođe se koristi kao lepak nazvan „rastvorljivo staklo“
Vidi još Kalijum-metasilikat Natrijum-ortosilikat Natrijum-pirosilikat
Reference
Literatura
Ashford's Dictionary of Industrial Chemicals, third edition, 2011, page 8369.
Spoljašnje veze
-{International Chemical Safety Card 1137}- -{ChemSub Online : Silicic acid, sodium salt }- -{ChemSub Online : Sodium metasilicate }-
Категорија:Силикати Категорија:Једињења натријума