Nātrija silikāts

Nātrija silikāts
Nātrija metasilikāta struktūrformula Nātrija silikāta ķēžveida struktūras modelis Nātrija silikāta paraugs
Citi nosaukumi	nātrija metasilikāts, šķidrais stikls
CAS numurs	6834-92-0
Ķīmiskā formula	Na2SiO3
Molmasa	122,06 g/mol
Blīvums	2610 kg/m3
Kušanas temperatūra	1088 °C
Viršanas temperatūra	—
Šķīdība ūdenī	22,2 g/100 ml (25°C) 160,6 g/100 ml (80°C)

Nātrija silikāts ir dažādu nātrija un silīcija skābekli saturošo savienojumu ar vispārīgo formulu Na₂(SiO₂)_nO kopīgs nosaukums. Vienkāršākais no šiem savienojumiem ir nātrija metasilikāts Na₂SiO₃, kas uzskatāms par nātrija un metasilīcijskābes sāli. Pie nātrija silikātiem pieder arī nātrija ortosilikāts Na₄SiO₄. Nātrija metasilikāts un citi silikāti ir baltas kristāliskas vielas, kas labi šķīst ūdenī. Nātrija metasilikāts veido kristālhidrātu Na₂SiO₃·9H₂O. Koncentrētu nātrija silikātu ūdens šķīdumu sauc par šķidro stiklu vai šķīstošo stiklu (šķidrajam stiklam jeb silikātu līmei var būt arī kālija un, retāk, litija silikātu piejaukums).

Vēsture

Šķidro stiklu ieguva vācu ķīmiķis un mineralogs Jans Nepomuks fon Fukss 1818. gadā, bet jau ap 1640. gadu holandiešu ķīmiķis Žans Baptists van Helmonts novēroja šķidras substances veidošanos, izkausētām smiltīm reaģējot ar sārma pārākumu.

Atrašanās dabā

Nātrija silikāti atrodami dabā minerālu ertiksīta Na₂Si₄O₉ un natrosilīta Na₂Si₂O₅ veidā.

Iegūšana

Nātrija metasilikātu iegūst, sakausējot silīcija dioksīdu ar nātrija hidroksīdu vai nātrija karbonātu:

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂

Tas veidojas arī, sadaloties 1120 °C temperatūrā nātrija ortosilikātam:

Na₄SiO₄ → Na₂SiO₃ + Na₂O

Nātrija ortosilikātu iegūst, šķīdinot koncentrētā NaOH šķīdumā amorfo silīciju vai silīcija dioksīdu:

Si + 4NaOH → Na₄SiO₄ + 2H₂

SiO₂ + 4NaOH → Na₄SiO₄ + H₂O

Nātrija ortosilikāts veidojas arī, reaģējot nātrija hidroksīdam ar silīcijskābi vai nātrija metasilikātu:

SiO₂·nH₂O + 4NaOH → Na₄SiO₄ + (n+2)H₂O

Na₂SiO₃ + 2NaOH → Na₄SiO₄ + H₂O

To var iegūt, reaģējot amorfam silīcija dioksīdam ar nātrija karbonātu:

SiO₂ + 2Na₂CO₃ → Na₄SiO₄ + 2CO₂

Rūpnieciski šķidro stiklu iegūst, apstrādājot autoklāvā silīcija dioksīdu saturošus materiālus ar nātrija hidroksīda šķīdumu, vai sakausējot kvarca smiltis ar sodu.

Īpašības

Pulverveida nātrija silikāts

Karsējot virs 100 °C, no nātrija metasilikāta kristālhidrāta izdalās ūdens, bet jau pie 47 °C šis kristālhidrāts izšķīst savā kristalizācijas ūdenī. Ūdens šķīdumiem ir sārmaina reakcija (līdz pH 13).

Karstā ūdenī nātrija silikāti hidrolizējas:

Na₂SiO₃ + (n+1)H₂O → 2NaOH + SiO₂·nH₂O

Na₄SiO₄ + (n+2)H₂O → 4NaOH + SiO₂·nH₂O

Reaģē ar skābēm, veidojoties attiecīgo skābju nātrija sāļiem:

Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + SiO₂ + H₂O

Na₄SiO₄ + 4HCl → 4NaCl + SiO₂ + 2H₂O

Ar ogļskābo gāzi veido nātrija karbonātu:

Na₂SiO₃ + CO₂ → Na₂CO₃ + SiO₂

Na₄SiO₄ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + SiO₂

Atdziestot nātrija silikātu kausējumiem, veidojas kristāliskas vielas, tomēr kopā ar kalcija silikātu šādi kausējumi veido amorfus, ūdenī nešķīstošus stiklus.

Izmantošana

Nātrija metasilikāts ir šihtas komponents stikla rūpniecībā. To lieto arī pret uguni un skābēm izturīgu betona veidu ražošanā. Ar šķidro stiklu piesūcina audumus vai koksni, lai tie kļūtu ugunsizturīgi; to izmanto arī par līmi. Ja šķidrais stikls izžūst uz parastā stikla virsmas, tas neatgriezeniski kļūst matēts.

Pārtikas rūpniecībā nātrija silikātus lieto kā pretsalipes vielu E550.