О кремнийорганических соединениях

Среди различных химических веществ особую группу составляют кремнийорганийческие соединения. Их отчасти можно рас­сматривать как продукты замещения водорода в силанах на орга­нические радикалы или на другие группы атомов, содержащие в своем составе углерод. В молекуле кремнииорганических соеди­нений кроме атомов различных элементов обязательно должны быть атомы кремния и атомы углерода, связанные между собой. непосредственно или через .атомы кислорода, серы и азота.

Особенностью молекулярного строения кремнийорганических соединений является и то, что в них атомы кремния, связанные между собой непосредственно, образуют либо открытые цепи, на.т пример в этилметилтетрахлортрисилане

сн_з

С₂H₅-SiH₂ —Si —SlCI₃

CI

либо замкнутые кольца, как в октафенилциклотетрасилане

(C₆H₅)₂Si- Si(C₆H₅)₂

(C₆H₅)₃Si - Si(C₆H₅)₂

Кроме этого, атомы кремния могут быть связаны между собой как в цепочки, так и в кольца через атомы кислорода при помощи так называемой силоксановои связи — Si — O-— Si— , например в гексаметилдисилоксане

Химическая связь между атомами кремния и атомами угле-
рода может быть непосредственной, как в приведенных примерах,
или может также осуществляться через кислород, как в диметил-
бутоксисилане (СН_з)₂Si(OC₄H₉)₂, через азот, серу и атомы дру­
гих элементов.

Различают низко- и высокомолекулярные кремнийорганиче-ские соединения. Первые обычно рассматриваются как производ­ные силанов, в которых один или несколько атомов водорода за­мещены органическими радикалами, например диэтилсилан (C₂H₅)₂SiH₂, триметилфенилсилaн (CH₃)₃SiC₆H₅, тетрафеноксиси-лан (C₆H₅O)₄Si и т. д. Высокомолекулярные (полимерные) крем-нийорганические соединения рассматриваются как продукты замещения атомов водорода и целых звеньев — Si — Si — Si — или

— Si — О — Si — на органические радикалы.

Получают кремнийорганические соединения преимущественно

из галогенидных соединений кремния путем полного или частич­ного замещения в них атомов галогена на соответствующие орга­нические радикалы или их группы. Например,

H₃SiCl + Zn(CH₃)₃ = CH₃SiH₃ + CH₃ZnCI или

SiCI₄ + 4C₂H₅OH = Si(OC₃H₅)₄ + 4HC1

SiC1₄ + 4CH₃MgCI = Si(CH₃)₄ + 4MgC3₃

по Вюрцу методом конденсации в присутствии металлического
натрия

SiCl₄ + 4C₆H₅C1 +8Na = Si(C₆H₅)₄ + 8NaCI

2[(С₂Н₅)₃ SiBr] + 2Na = (C₂H₅)₃Si - Si(C₂H₅)₃ + 2NaBr

и некоторыми другими способами.

Промышленное производство исходных кремнийорганических соединений осуществляется преимущественно двумя методами: синтезом Гриньяра и прямым синтезом. Промышленный синтез Гриньяра может быть представлен по фазам в такой последова­тельности:

Si + 2Cl₃ = SiC1₄

2CH₃C1 + 2Mg = 2CH₃MgCI

2CH₃MgCl + SiCl₄ = (CH₃)₂SiCl₂ + 2MgCl₃

2CH₃C1 + 2Mg + Si + 2C1₂ = (CH₃)₂SiCl₂ + 2MgCI₂

Прямым синтезом называют реакцию образования кремнийорганического соединения из элементарного кремния и галогенопроизводного соответствующего углеводорода в присутствии катализатора (медь, серебро и др.), которые способны образовы­вать нестойкие металлорганические соединения. Реакция протека­ет в накаленной контактной массе, когда через нее пропускают соответствующие галогенопроизводные углеводородов. Контактная масса представляет собой порошок или гранулы, полученные измельчением спекшейся при 700—1060° С смеси, состоящей из элементарного кремния и катализатора.

В основной массе кремнийорганические соединения представ­ляют собой подвижные и вязкие жидкости, пастообразные массы и замазки, смолы, лаки, и каучуки. Их используют для получения очень тонкодисперсного кремнезема.

Многие кремнийорганические соединения по сравнению с орга­ническими обладают более высокой термостойкостью, гидрофобностью, антикоррозийностью, долговечностью, повышенной меха­нической прочностью, более высокими электроизоляционными свойствами, повышенной смачиваемостью и адгезией по отноше­нию к различным материалам и т. д. Это дает возможность широ­ко применять и использовать кремнийорганические соединения в качестве гидрофобных, антикоррозийных, электроизоляционных, пропиточных масс, и замазок. Соответствующая прочность и тер­мостойкость этих веществ, а также способность их уменьшать коэффициент трения дали возможность использовать их в каче­стве сухих смазок трущихся частей в различных механизмах. Бла­годаря антисептическим свойствам, многие кремнийорганические соединения широко применяются в медицине.

Под действием атмосферных реагентов поверхность оптиче­ских стекол в приборах часто портится, шлифованная поверх­ность ее становится матовой, шероховатой и покрывается трещи­нами. Обработка такой поверхности гидрофобными кремнийорга-ническими соединениями в виде 0,02⁰/о-ного бензольного раствора октадецилтрихлорсилана^: или октадецилтриэтоксисилана и поли­мера (C₁₈H₃₇SiO_1,5)_х создает на поверхности стекла тончайшую водоотталкивающую пленку. Гидрофобизация * стекла в аналити­ческой химии упрощает работу с химической посудой и аппара­турой и способствует более высокой точности определений. Соот­ветствующая обработка стекол самолетов, автомобилей и судов в значительной степени снижает их обледенение, а очков в противогазах предотвращает их запотевание. Удельное поверхностное электрическое сопротивление гидрофобизированного стекла воз­растает и сохраняется даже при 100%-ной относительной влаж­ности, в то время как поверхностное электрическое сопротивле­ние негидрофобизированного стекла понижается в тысячи раз. Силоксановый слой на поверхности гидрофобизированного стекла обусловливает более высокую адгезию по отношению к органиче­ским клеям при склеивании стекла со стеклом. Семи- и восьми­кратная обработка поверхности стекол раствором четыреххлористого кремния в четыреххлористом углероде с последующей поли- ровной обработанной поверхности снижает отражательную спо­собность ее до 1—2%, что имеет существенное значение для оптических приборов.

Гидрофобизация строительных материалов — цементного кам­ня, бетона, строительных растворов, штукатурок, известняков, песчаников, кирпича и других видов керамики — производится для защиты их от сырости 3—5%-ным раствором метилтрихлорсилана, этилтрихлорсилана, диметилдихлорсилана или терморе­активными силиконовыми лаками. Эти вещества проникают глу­боко в поры материала, покрьвают поверхность их тонким неви­димым химически стойким слоем, не изменяя ни внешнего вида, ни воздухопроницаемости строительного материала и существен­ным образом улучшая термоизоляционные свойства их.

Гидрофобизированная бумага сохраняет прочность при повы­шенной влажности, не пропускает воду, сохраняет написанный текст во влажных условиях, повышает долговечность документов, чертежей и плакатов.

Гидрофобизированный кремнийорганическими соединениями текстиль водой не смачивается не пропускает ее, а по внешнему виду он ничем не отличается от обычного необработанного тек­стиля. Водопоглощение гидрофобизированного текстиля снижа­ется примерно в 20 раз. В качестве гидрофобизаторов использу­ются эмульсии метилгидросилоксанов или смеси диметилсилоксанов с метилгидросилоксанами. Гидрофобизированная кожа лучше переносит смачивание водой, становится более долговечной, не гниет и не плесневеет. Для этого используют растворы и водные эмульсии метилгидросилоксана, некоторых легкоподвижных сили­коновых лаков и растворы аминосиланов.

Кремнийорганические соединения, широко используются для смазки трущихся стальных частей различных механизмов и стек­лянных волокон при изготовлении пряжи и тканей. В производ­стве люминесцентных, фосфоресцирующих и флуоресцирующих материалов, атакже для изготовления ряда изделий из спекше­гося кварца требуется кремнезем в чрезвычайно тонкодисперсном состояний до 0,1 мкм. Такой продукт легче и дешевле получить сжиганием эфиров ортокремниевой кислоты или четыреххлористого кремния в водородном пламени, что и используется в технике.

Силиконовые соединения во многих случаях используются в качестве теплоносителей при температурах до 350° С. Они воспламеняются с большим трудом, горения не поддерживают, материал трубопроводных систем и изолирующих прокладок не корродируют. Гидролизованные и частично сконденсированные эфи­ры ортокремниевой кислоты обладают хорошими пеногасящими свойствами, поэтому используются в противопожарном деле.

Кремнийорганические эфиры при соответствующих условиях конденсируются в масла и смолы. Смолы отвердевают при 150— 200° С, обладают высокой адгезией, хорошими изоляционными свойствами, гладкой поверхностью и хорошей стойкостью по от­ношению к воде и кислотам. Эфиры ортркремниевой кислоты при- меняются в качестве пластификаторов в лаковом производстве, попользуются как смазки для приборов, работающих при высоких давлениях, и в ряде производств являются диспергаторами. При добавлении эфиров ортокремниевой кислоты к твердым полиме­рам увеличивается их водостойкость, твердость, адгезия к стеклу, керамике, металлам и дереву, долговечность и гладкость поверх­ности, ускоряется отверждение их, понижается горючесть и плавкость органического полимера, повышается термическая стойкость, а также устойчивость по отношению к щелочам, кислотам и органическим растворителям.

Кремнийорганические соединения широко используются при
литье изделий методом выплавляемых моделей, а также для обра-
зования на поверхности металла (стали) защитного слоя, предо-
храняющего ее от коррозии. Эти соединения применяются в ме-
дицине как для поверхностной обработки различных материалов
и лабораторной посуды, так и в лечебном деле.

СИЛИКАТЫ И АЛЮМОСИЛИКАТЫ

По общепринятой в химии терминологии силикатами следует
называть соли кремниевых кислот. Однако, поскольку кремниевые
кислоты в чистом виде не выделены, силикатами называют хими-
ческие соединения, в которых кремний присутствует в составе
иона [SiO₄]^4- или производных последнего.

Химический состав силикатов принято выражать формулами оксидов тех элементов, которые входят в рассматриваемое химическое вещество, например, формулу ортосиликата натрия Na₄SiO₄ записывают 2Na₂O • SiO₂, вместо CaSi0₃ пишут CaO ^. SiO₂, вместо H₄Al₂Si₂O₉—Al₂0₃ ^. 2SiO2 ^. 2H₂O и т. д. В основе пространственного строения кристаллических силикатов находится четырехзарядный ион [Si0₄]^4- (см. рис. 1) и его различные сочетания. В зависимости от этого силикаты классифицируются на следующие группы:

1. Силикаты с изолированными, т. е. не связанными между собой непосредственно тетраэдрами [Si0₄]^4-. В кристаллической структуре таких силикатов связь между ионами [SiO₄]^4- осуществляется ионами тех металлов, какие входят в состав соответствующего соединения. Примером такого кристаллического строения силикатов служит минерал форстерит 2MgO ^. Si0₂ (рис.2). Ионы [SiO₄]^4- изображены треугольниками, в вершинах которых находятся ионы кислорода (рис. 2), а в центре треугольника — ион кремния. Этот ион виден только тогда, когда весь тетраэдр [SiO₄]^4- повернут к нам кремнием и от нас кислородом, т. е. когда четвертая кислородная вершина тетраэдра [SiO₄]^4- находится по ту сторону от нас и от атома кремния. Атомы магния соединены с соседними тетраэдрами [SiO₄]^4- через ближайшие к нему ионы кислорода. Такое строение присуще ортосиликатам магния, кальция, железа (II), никеля, кобальта, марганца, цинка и других ме-таллов. 2. Силикаты с изолированными группами — [Si₂0₇]^6- , [Si₃0₉]^6-, [Si₄О₁₂]^8- и [Si₆O₁₈]^12- — кремнекислородных тетраэдров полу­чаются в том случае, когда два, три или больше простейших тетраэдра-ионов [SiO₄]^4- соединяются между собой общими ионами кислорода (рис

Рис. 2. Структура форстерита: Рис. 3. Условное обозначение иона [Si₂O₇]^6-

ляется остальная часть воды, представленная гидроксильными группами. Этот процесс сопровождается разрушением кристал­лической структуры каламина.

Представителем силикатов, состоящих из изолированных коль­цевых радикалов [Si₃O₉]^6-, [Si₆0₁₈]^12- и др., соединенных между собой и металлическими катионами, может служить минерал берилл Be₃Al_a[Si₆0₁₈].

3. Силикаты с непрерывными цепочечными радикалами [Si₂0₆l^6- и ленточными радикалами [Si₄O₁₁]^6-, а также радикалом [Si₆0₁₇]¹⁰- представляют собой следующую группу силикатов. По цепочечной структуре кремнекислородные тетраэдры соеди­няются между собой в бесконечные цепочки при помощи общих атомов кислорода, принадле­жащих одновременно двум смежным тетраэдрам (рис.6). При этом у каждого кремнекислородного тетраэдра [SiO₄]^4- два атома свободны, два дру­гих атома общие с соседними кремнекислородными тетраэд­рами. Цепочечный радикал [Sl₂0₆]^4- находится между

Рис. 6. Условное обозначение. Условное обозначение строения ленточной структуры радикала [S₄O₁₁]^6-

строения, цепочечной структуры

радикала [Si₂O₆]^4-

штриховыми линиями (рис. 6). Примером силикатов с оди­нарными анионными цепочками служат минералы — диопсид CaMg[Si₂O₆], геденбергит CaFe[Si₂O_e], жадеит NaAI[Si₂O₆] и др,

4. Если две цепочки расположены параллельно друг другу в одной плоскости так, что одна из них представляет собой зеркаль­ное отражение второй и обе они соединены между собой общими третьими в тетраэдрах атомами кислорода, то получается ленточ­ная структура, состоящая из двух спаренных между собой цепо­чек кремнекислородных тетраэдров. Радикал такой структуры (рис. 7) содержит четыре атома кремния и одиннадцать атомов кислорода. Формула этого радикала записывается в виде [Si₄O₁₁]^6-. Из природных силикатов такой структурой обладают, амфиболы, например антофиллит Mg₇[Si₄O₁₁], термолит Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁]₂[OH]₂ и др.

Подобная структура присуща силикатам с анионными лентами [Si₆O₁₇]^10-. К минералам с такой структурой относится волластонит Ca₆[Si₆O₁₇]О.

5. Более сложной структурой считают листовую, состоящую теоретически из сочетания бесконечно большого количества тетра­эдров, соединенных друг с другом тремя общими атомами кисло­рода (рис. 8). Такое сочетание кремнекислородных тетраэдров

Рис. 8. Листовая структура радикала [S₄O₁₀]^4-

образует плоский лист. В этой структуре четвертые атомы кисло­рода каждого из кремнекислородных тетраэдров валентны и мо­гут располагаться либо по одну сторону листа, либо поочередно по обе стороны его. В первом случае они образуют химически активный слой всего листа, во втором два активных слоя, при помощи которых лист в целом может присоединять к себе раз­личные катионы. Химическая формула силикатов листовой струк­туры выражается радикалом [Si₂O₅]^2-_∞. В природе к листовой структуре силикатов относят слюдообразиые минералы. Слоистое строение этих минералов обусловливает способность расщепления их на тонкие листочки. К этой группе минералов относится тальк Mg₃tSi₄O₁o][OH]₂ и пирофиллит Al2[Si₄O₁₀][OH]₂. В слюдах один из атомов кремния в радикале из кремнекислородных тетраэдров замещается атомом А1, в результате радикал [Si₄O₁₀]^4- записы­вается в таком виде: [Si₃AlO₁₀]^5-. К таким минералам относятся флогопит KMg₃[Si₃A10₁₀] [F, ОН]₂ биотит K(Mg, Fe)₃[Si₃A10₁₀] •[ОН, F]_2! мусковит KAl₂[Si₃AlO₁₀][OH]_2, лепидолит KLi_1,5A1_1,5 •[Si₃AlO₁₀][FeOH]₂, гидрослюды — вермикулит и глауконит, минералы группы серпентина-калинита, среди которой выделяют-­
ся минералы серпентин Mg₆[Si₄O₁₀][OH]₈, каолинит Al₄[Si₄O₁₀] ^. [ОН]₈ и его разновидности, диккит Al4[Si4O₁₀][OHl₈ и накрит
Al₄[Si₄O₁₀][OH]₈ и др.

6. Если силикаты листовой структуры с валентными атомами кислорода, поочередно направленными в противоположные от листа стороны, наложить на другие такие же листы так, чтобы атомы кислорода одного листа вошли в соприкосновение с таки­ми же атомами кислорода второго и т. д. листа, то каждая такая пара валентных атомов кислорода обоих листов может быть за­менена одними общими для обоих листов атомами кислорода. В результате этого получается слоистая структура (рис. 9),

Рис. 9. Слоистаяструктура:

О - ОН; О - О; Ø - Mg; • - Si

в которой каждый отдельный кремнекислородный тетраэдр [SiO₄]^4- непосредственно связан с четырьмя такими же смежными тетраэдрами при помощи всех четырех атомов кислорода. Эта структура валентных атомов кислорода не имеет. Формула такой структуры записывается в виде [SiO₂] ⁰ или /n [SiO₂]°.

В перечисленных структурах силикатов кремнекислородные тетраэдры, обладающие четырьмя отрицательными зарядами, вы­ступают в виде отрицательно заряженных ионов, способных при­соединять к себе те или иные катионы, в результате чего образуют­ся различного состава химические соединения, называемые сили­катами. Многие силикаты наряду с кремнекислородными аниона­ми содержат и другие анионы: 0^2-, [ОН]^-, F^-, Cl^-, [СО₂]^2- и т.д. В результате получаются химические соединения, содержащие два или несколько анионов, соединенных при помощи тех или иных общих катионов. Например, андалузит и дистен, состав ко­торых выражается формулой Al₂[Si₄O₁o]₂O, состоит из двух ато­мов алюминия (катионы), соединенных с двумя анионами [Si₄O₁o]^4- и О^2-. Это подтверждается структурой каолинита Al₄[Si₄O₁o][OH]₈, пирофиллита, Al₂[Si₄O₁o][OH]₂ и других минералов.

Если в составе силикатов присутствуют гидроксильные груп­пы, их называют гидросиликатами соответствующих металлов. С этой точки зрения каолинит и пирофиллит рассматриваются как гидросиликаты алюминия.

Во время термической обработки многие силикаты, содержащие в своем составе элементы воды, выделяют ее при соответ­ствующих температурах. Элементы воды в силикатах могут быть в четырех видах: структурной (конституционной), кристаллизациионной, цеолитной и в виде гигроскопической (адсорбционной влаги. Количество гигроскопической влаги не постоянно и изме­няется в зависимости от влажности окружающей среды.

Цеолитная вода находится внутри (в его каналах) силикатов каркасного строения. Количество ее не постоянно. При нагрева­нии она удаляется, не разрушая строения силикатов. Во влаж­ной среде такой силикат опять поглощает цеолитную воду. Кроме воды могут быть поглощены аммиак, этиловый спирт, сероводород и другие вещества.

Кристаллизационная вода входит в молекулярном виде в структуру кристалла. При нагревании она постепенно удаляет­ся, образуя сначала промежуточные кристаллогидраты, а затем полностью дегидратированное вещество. Это приводит к разру­шению кристалла. Кристаллизационная вода записывается в кристаллохимических формулах справа в молекулярном виде, напри­мер минерал галлуазит Al₄[Si₄O₁₀][OH]₈ ^. 4H₂0 содержит четыре молекулы кристаллизационной воды.

При накаливании минералов, содержащих кристаллизацион­-
ную и конституционную воду, вначале удаляется кристаллизаци-
онная, а затем при более высоких температурах гидроксильные
группы разлагаются и за счет их разложения выделяется консти­-
туционная вода. При этом минерал распадается на смесь свобод­-
ных оксидов и более простых силикатов. В кристаллохимических
формулах силикатов конституционная вода записывается справа
в виде гидроксильных групп. Например, в галлуазите [ОН]^-₈ обо­-
значает конституционную воду.

Многие силикаты способны образовывать изоморфные смеси и твердые растворы за счет замены одних катионов другими. Катионы, способные замещать друг друга, заключаются в круг­лые скобки в убывающем порядке и записываются перед аниона­ми. Так, в минерале нонтроните (Fe, Al)₂[Si₄O₁₀][OH]₂ ^. nH₂O мо­жет быть одновременно некоторое количество катионов Fe³⁺ и А1³⁺; анион [Si₄0₁o]^4-, конституционная вода [ОН]^-₂ и кристалли­зационная nH₂O. При этом количественное соотношение между Fе³⁺ и- А1³⁺ в различных видах минерала различно и может коле­баться от Fe₂[Si₄O₁₀][OH]₂-nH₂O до А1₂[51₄О₁₀][ОН]₂^. гН₂О.

СИЛИКАТЫ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Большое промышленное значение имеют силикаты щелочных и щелочноземельных металлов, а также некоторые силикаты мар­ганца, железа, титана, алюминия, меди, никеля, кобальта, свин­ца, цинка и некоторых других элементов. Из силикатов щелочных металлов рассмотрим силикаты лития, натрия и калия.

Из силикатов лития известны метасиликат Li₂О ^.SiO₂, ортосиликат 2Li₂О •2 SiO₂ и бисиликат Li₂O ^. 2Si0₂. Искусственно получают их, рас­плавляя стехиометрически составленную смесь карбонатов лития с диоксидом кремния. Из природных силикатов лития практиче­ское значение имеют минерал сподумен LiAl[Si₂O₆], литиевые слюды: лепидолит КLi _1,5Al _1,5[Si₃AIO₁o][F, OH]₂ и цинвальдит KLiFeAl[Si₃AlO₁₀][F, OH]₂, которые используются для получения различных химических препаратов лития, употребляемых в стек­лоделии, медицине, пиротехнике, фотографии, рентгенографии, при изготовлении щелочных аккумуляторов, в синтезе органи­ческих соединений и т. д.

Из силикатов натрия наиболее исследованы метасиликат Na₂O ^. SiO₂, бисиликат Na_aO ^. 2SiО₂, ортосиликат 2Na₂О ^. 2SiO₂ и трехнатриевый бисиликат 3Na₂O ^. 2Si0₂. Все они получаются сплавлением смесей едкого натра или натриевой соды с тонкоизмельченным кремнеземом, взятых в соответствующих количест­венных соотношениях. При медленном охлаждении расплава из него выкристаллизовываются силикаты натрия. Метасиликат нат­рия кристаллизуется в виде игольчатых кристаллов, плавящихся при 1089° С, двусиликат в виде пластинок ромбической системы, ортосиликат плавится при 1118° С и существует в виде двух кри­сталлических модификаций аи Вс температурой взаимного пре­вращения 960° С и трехнатриевый бисиликат существует в виде остроугольных пластинок от 402 до 1123° С.

Метасиликат натрия можно получить также растворением тонкоизмельченного кремнезема в водном растворе едкого нат­ра. Выпаривая этот раствор, получают игольчатые кристаллы ромбической системы, плавящиеся при 1089° С и состоящие из метасиликата натрия. Метасиликат натрия в холодной воде мало­растворим, в кипящей растворяется лучше. Раствор его частично гидролизуется и обладает щелочной реакцией. В спирте Na₂O ^. SiO₂ не растворяется, но минеральные и некоторые орга-нические кислоты разлагают его, выделяя кремнезем:

Na₂SiO₃ + 2НС1 = 2NaCl + H₂O + SiO₂

Эта реакция используется в аналитической химии для количест­венного определения кремнезема.

Выделению кремнезема из водных растворов силикатов нат­рия способствуют соли аммония, натрия, калия, кальция, магния и других элементов. Эта реакция может быть представлена в та­ком виде:

Na₂SiO₃ + 2NH₄C1 = 2NaCl + 2NH₃ + H₂O + SiO₂

При выпаривании водных растворов силикатов натрия обра­зуются кристаллогидраты с различным количеством кристаллиза­ционной воды. Известны кристаллогидраты силиката натрия, содержащие на одну молекулу метасиликата 5, 6, 7, 8 и 9 моле­кул воды, т. е. Na₂Si0₃ ^. 5H₂0, Na₂Si0₃ ^. 6H₂O и т. д. Они раство­ряются в воде и не растворяются в спирте.

Из калиевых силикатов изучены метасиликат калия K₂O ^. SiO₂ или K₂SiO₃, ортосиликат калия 2К₂О ^. SiO₂, или K₄SiO₄, бисиликат калия K₂O ^. 2SiO₂ или К₂Si₂О₃ и тетрасиликат калия K₂O ^. 4SiO₂ или K₂Si₄O₉. Химические свойства их подобны свой­ствам силикатов натрия, но температуры плавления их несколько ниже соответствующих температур плавления силикатов натрия и силикатов лития.

Силикаты калия получают подобно силикатам натрия сплав­лением смеси, состоящей из эквивалентных количеств карбоната калия и мелкоизмельченного кварца, при температуре около 1100° С. Метасиликат калия при охлаждении расплава образует чрезвычайно гигроскопичные кристаллы ромбической системы, плавящиеся при 976° С, бисиликат калия кристаллизуется в таблетчатых кристаллах, плавящихся при 1045° С, тетрасиликат калия плавится при 770° С и ортосиликат калия — при 913° С, Водные растворы силикатов калия обладают щелочной реакцией.

РАСТВОРИМОЕ СТЕКЛО

Растворимое стекло — водный сиропообразный раствор силикатов калия или натрия. Состав натриевого растворимого стекла очень разнообразен. Обычно он характеризуется модулем М. Под модулем понимают количественное отношение кремнезема к оксиду натрия. Для нормальных растворимых стекол М=3, что соответствует трисиликату Na₂0 ^. 3SiO₂. Однако этот модуль не всегда выдерживается и может изменяться. При выпаривании раствора стекла с модулем 3 наступает момент, когда выпадает в осадок SiO₂, а в растворе остается бисиликат Na₂О ^. 2SiO₂, затем метасиликат Na₂О ^. Si0₂.

Растворимое стекло широко используется в технике. Его добавляют в качестве наполнителя при изготовлении мыла; им пропитывают древесину, строительные камни, специальные ткани, перевязочный материал и т. д. Строительные материалы, пропитанные растворимым стеклом, приобретают большую прочность, огнестойкость, меньше выветриваются, повышается их устойчи­вость против разрушающего действия микроорганизмов.

Растворимое стекло используют в качестве клея и как прочный связывающий материал в химически стойких замазках и цементах. Наполняют такие замазки порошкообразными естествен­ными и искусственными кремнийсодержащими веществами, на­пример андезитом, молотым перекристаллизованным диабазом, фарфоровым боем, полевым шпатом и т. д. Из смеси наполните­ля и растворимого стекла с небольшой добавкой Na₂SiF₆ изготов­ляют тестообразную пластическую массу, которой промазывают швы и склеивают отдельные строительные изделия.

Есть два способа получения калиевого и натриевого жидкого стекла — сухой и мокрый. По первому способу тонкоизмельчен­ный кварц нагревают- с карбонатом щелочного металла. В каче­стве сырья, используют кварцевый песок, трепел, диатомит, соду или ее заменитель, сульфат натрия и угольный порошок. Накали­вают сульфат натрия с кремнеземом в присутствии угля (восста­новитель) до полного расплавления смеси:

2Na₂SO₄ + 2SiO₂ + С = 2Na₂SiO₃ + 2SO₂ + СО₂

Для получения калиевого стекла вместо соды, или сульфата натрия употребляют карбонат калия. Стекло варят либо в огне­упорных горшках, либо в ванных печах при 1200—1300° С. Рас­плавленную стеклообразную массу гранулируют, а затем процесс ведут в автоклавах под давлением 0,3—0,8 МПа в течение 5—6ч для получения растворимого стекла.

Мокрый способ приготовления жидкого стекла основан на спо­собности кремнезема переходить в раствор при кипячении его в водном растворе едкого натра или едкого кали:

Si0₂ + 2КОН = K₂SiO₃ + Н₂О