Молекулы, связанные кремнием и кислородом

Молекулы, связанные кремнием и кислородом

0.jpg

  • Предоставлено Ларри Колеманом
  • Консультант по техническим вопросам в Consultant on Demand

 

Молекулы, связанные кремнием и кислородом, встречаются в природе в виде силикатов, в минеральных образованиях, таких как кварцит и песок, и могут быть извлечены в растворимую форму путем реакции с сильными щелочами. Однако при прохождении пути гидролиза хлорсилана в виде синтетических соединений молекулы, связанные с кремнием и кислородом, нашли значительное применение в пищевых продуктах, красках, влагопоглощающих материалах и, прежде всего, в качестве силиконов.

Необычные / интересные свойства

1. В своей естественной форме соединения, связанные с кремнием и кислородом, называются диоксидами кремния или силикатами и проявляют сильную гидрофобную тенденцию.SiO— 23SiO32) ионно связывает щелочные металлы, такие как натрий, калий и кальций. Вода может удерживаться в пустотах твердых частиц кремнезема, но поверхности твердых частиц не смачиваются по-настоящему, и кремнезем не растворяется. Некоторые твердые силикатные минералы могут иметь сложные молекулярные формы с гидратной водой. Примером являются силикаты натрия и оксида алюминия, известные как цеолиты.

Очищенная форма кварцита известна как кварц, который имеет трехугольную кристаллическую структуру и химически обозначается как SiO2. Плавленый кварц обычно используется в качестве конструкционного материала для изготовления тиглей для хранения расплавленного кремния. Поскольку он медленно смачивается и растворяется в течение нескольких дней расплавленным кремнием, его растворенная форма представляет собой монооксид кремния (Sя ОSяО). РастворенныйSя ОSяОпроявляет значительное давление пара и при охлаждении образует зародыши с образованием субмикронных фибром, которые остаются гидрофобными. Другие высокотемпературные реакции с кремнеземом приводят к образованию этих фибром, которые при дыхании приводят к силикозу.

2. Синтетические формы молекул, связанных кремнием и кислородом, могут быть созданы жидкофазной реакцией хлорсиланов или хлорсилановых соединений с водой или спиртами или путем газофазного сжигания хлорсиланов с водородом. Как простые мономеры и димеры, эти соединения обычно гидрофильны и называются силоксанами или силанолами (кремниевые аналоги кетонов и спиртов). В полимерной форме эти сшитые кремний-кислородно-связанные соединения обычно гидрофобны и называются силиконами. Большинство силиконов содержат большое количество органических веществ, поэтому в модуле по молекулам, связанным с кремнием, углеродом и кислородом, более подробно рассматривается.

Когда хлорсиланы сжигаются с водородом и пламя быстро гасится в присутствии водяного пара, стабильным оксидом кремния является монооксид кремния (SiO). Этот SiO останется метастабильным при температуре окружающей среды в виде очень легкого рыхлого твердого вещества с насыпной плотностью около 0,02 г / см 3. Эта форма кремнезема известна как коллоидный кремнезем (не путать с дымом кремнезема, который вызывает силикоз) и имеет самые необычные свойства. При смешивании с водой в соотношении 1: 5 и взбивании он образует студенистое твердое вещество, напоминающее желе. Когда эта студенистая форма частично высушивается, она образует шарики, известные как силикагель. Колючая двуокись кремния использовалась более 80 лет в качестве загустителя как в коммерческих целях (например, краски и смазки), так и в пищевых продуктах, таких как молочные коктейли быстрого приготовления. См. Раздел ниже этого модуля, чтобы узнать больше о его многочисленных применениях.

Когда синтетические соединения, связанные кремнием и кислородом, образуются в результате гидролиза (т.е. реакции в общем с любым органическим или неорганическим соединением, которое имеет одну или несколько ионных ОН  групп), pH гидролизующегося соединения определяет степень, в которой оно является гидрофильным или гидрофобным. Кислотный гидролиз хлорсилана дает гидрофильные силоксаны. В той степени, в которой реакция гидролиза осуществляется в более щелочной среде, силоксан будет иметь тенденцию быть более гидрофобным.

Как только образуется связь Si-O (гидрофобная или гидрофильная), последующее подкисление или щелочная корректировка не изменяет природу связи Si-O.

Основные области применения / использования

1. Основные области применения встречающихся в природе молекул с кремний-кислородными связями, таких как диоксид кремния, силикаты и кварц, включают:

  1. Кремнезем и песок: абразивы; как конкретный компонент; улучшение дренажа почвы; тальк и косметика
  2. Силикаты: высокотемпературные огнеупоры; моющее средство, поверхностно-активные вещества, жидкое стекло (после заполнения коллоидным кремнеземом)
  3. Кварцит и кварц: драгоценные камни, стойкие к кислотам и порезам столешницы, сырье для производства неочищенного металлического кремния высокой чистоты (см. Модуль по элементному кремнию)

2. Основное применение синтетически полученных молекул с кремний-кислородными связями:

а. Силоксаны

Строительные промежуточные продукты в производстве фармацевтических препаратов; смачивающие вещества для органических химикатов

б. Колючий диоксид кремния (см. Также http://en.wikipedia.org/wiki/Fumed_silica )

Загуститель для красок, смазок, гудрона, асфальта, стекловолокна, коллоидных суспензий промышленных химикатов. В случае коллоидного кремнезема увеличение вязкости регулируется количеством тиксотропа (механическое перемешивание или взбивание). При сильном тиксотропировании жидкий раствор может превратиться в гель.

Загуститель для пищевых продуктов, таких как молочные коктейли, кетчуп, заправки для салатов; и для туалетных принадлежностей, таких как зубная паста и лосьоны

c. силикагель

Осушители и осушители в упаковке; кислотные химические абсорбенты; при очистке в средах для хроматографического разделения

d. Силиконы

Конопатка; гидроизоляционные покрытия и герметики; строительные клеи; синтетические смазочные материалы (различные автомобильные применения); снижение поверхностного натяжения / поверхностно-активные вещества. См. Также модуль, посвященный молекулам, связанным с кремнием, углеродом и кислородом).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *