Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
2.4.4. Химические свойства растворов силикатов
Общепризнано, что в химии силикатов, а также в химии раст воров силикатов результат химического взаимодействия трудно,1 подчас и невозможно свести к ряду химических реакций в привыЧ'
ном Для химиков формульном выражении. С одной стороны, это обусловлено сложным и большей частью неизвестным полимерным составом раствора, который формально характеризуют силикатным модулем, и неизвестным характером полимерных превраще-нИй "в ходе взаимодействия. С другой стороны, такая-ситуация складывается из-за некристаллического аморфного состояния продуктов реакции. Обычно они имеют нестехиометрический состав и развитую поверхность; большую роль в этом случае играют адсорбционные явления, и отличить адсорбцию от химических реакций можно только условно или в специальном исследовании.
Другой особенностью химии растворов силикатов является то обстоятельство, что результат взаимодействия реагентов зависит не только от их химической природы, но и от целого ряда нехимических факторов: порядка смешения реагентов, их начальной концентрации, скорости перемешивания при смешении и т. п. Общая причина этой группы явлений — гелеобразование на границе раздела взаимодействующих или смешиваемых фаз. Это приводит к осложнениям при гомогенизации реакционной системы и к возрастанию роли диффузионных процессов, предшествующих химическому взаимодействию реагентов. Поэтому различные технологические приемы, используемые при обеспечении взаимодействия реагентов, могут играть решающую роль в создании систем с заданными свойствами. Такими технологическими приемами, помимо перемешивания, могут быть предварительное растворение твердых реагентов в том же самом растворителе (например, в воде); их диспергирование; проведение гетерогенной реакции при непрерывном обновлении поверхности (например, в шаровой мельнице); растворение различных исходных реагентов в двух несмешиваю-щихся растворителях с последующим эмульгированием и т. п. Описание результатов реакции и использования тех или иных технологий проведения этих реакций оказывается громоздким, сводится, в конечном итоге, к бесконечному множеству примеров. Ниже будут изложены только основные закономерности и главные итоги взаимодействия растворов силикатов с различными реагентами.
Высокомодульные концентрированные растворы силикатов Щелочных металлов, получаемые автоклавным растворением силикат-глыбы, являются, как уже отмечалось, системами, переходными от растворов к коллоидам. Им уже в значительной степени присущи превращения, характерные для коллоидной химии: гелеобразование, коагуляция, флокуляция. Эти явления очень часто' сопутствуют, накладываются на основное химическое взаимодействие, придавая химии растворов силикатов своеобразие.
Взаимодействие кислот с растворами силикатов сводится к реакции Н+ + ОН--*-Н20. При этом протон Н+ может находиться в составе иона гидроксония или других бренстедовских кислот типа НСОз; сн3соон, ЫН? кислотной формы ионита. Эта основная реакция может сопровождаться следующими явлениями или иметь следующие последствия: понижение рН раствора, увели-
55
54
Рис. 34. Влияние рН на процесс гелеобразовання кремнезема в отсутствии (/) и в присутствии (//) солей натрия [2]
чение концентрации посторонних электролитов, возрастание сили катного модуля раствора, изменение химической природы аниона находящегося в растворе. На рис. 34 показано влияние рН раство ра на скорость гелеобразовання кремнезема. Максимум скорости гелеобразовання приходится на диапазон рН = 5,5—7,5. Наиболее полное и быстрое выпадение кремнезема наблюдается при прили-вании кислоты в количестве, эквивалентном общей щелочности раствора силиката. Очевидно, что, приливая раствор силиката к избытку кислоты, при быстром перемешивании можно проскочить этот диапазон рН и сразу выйти на устойчивые системы при рН, равном 2. Обратный порядок приливания приведет к образованию геля или к неоднородной системе при медленном перемешивании. Из рисунка следует, что использование сильнокислотных катионитов, обусловливающее малую ионную силу раствора, может дать совсем иной результат, чем адекватная нейтрализация щелочи кислотой в диапазоне рН = 7—10. Изменение природы аниона в растворе, т. е. частичная замена гидроксильного иона анионом вводимой кислоты, имеет следствием большую или меньшую потерю устойчивости системы, поскольку гидроксильный ион лучше любого другого аниона хемосорбируется на поверхности полимерных частиц, сообщая им отрицательный заряд, препятствующий их агломерации. В зависимости от способности аниона кислоты сорбироваться на поверхности кремнезема полная или частичная нейтрализация раствора щелочного силиката той или иной кислотой может дать внешне различные результаты: выпадение объемистого аморфного осадка (коагуляция), образование студенеобразной массы (гелеобразование), помутнение раствора из-за образования микронеоднородностей в системе, сохранение прозрачного раствора с меньшим или большим изменением вязкости.
Концентрация раствора щелочного силиката весьма сильно влияет на выпадение осадка кремнезема при нейтрализации кислотами. Естественно, что чем выше концентрация силикатного раствора, тем вероятней выпадение осадка кремнезема или гелеобразование.
