Kieselsäure

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Kieselsäure, eine Verbindung aus Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff, gilt als die Ausgangssubstanz, von der eine große Gruppe abgeleitet ist - die Silikate aus Mineralien, Salzen und Estern.

Salz

Die Säure selbst mit der Formel Si(OH)4 kann nur als instabile Lösung in Wasser hergestellt werden; ihre Moleküle kondensieren leicht miteinander zu Wasser und Polymerketten, Ringen, Platten oder dreidimensionalen Netzwerken, die die Struktureinheiten von Silicagel und vielen Mineralien mit sehr geringer Löslichkeit in Wasser bilden. Mehrere Kieselsäurenester, hergestellt aus Alkoholen und Siliziumtetrachlorid, sind thermisch stabile Flüssigkeiten, die als Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt werden.

Anorganisches Polymer

eines aus einer Klasse von großen Molekülen, denen Kohlenstoff fehlt und die Polymere sind - das heißt, das aus vielen kleinen sich wiederholenden Einheiten besteht, die Monomere genannt werden. Das Wort Polymer leitet sich vom griechischen Begriff poly ab, was viele bedeutet, und meros, was Teil bedeutet. Die Natur ist reich an kohlenstoffbasierten (das heisst organischen) Polymeren wie Wolle, Seide, Proteinen, Stärke und Cellulose. Darüber hinaus werden Gummi und Kunststoffe aus einer Vielzahl von künstlich hergestellten organischen Polymeren hergestellt (siehe Elastomer; Industriepolymere, Chemie von; Kunststoffe). Aber auch viele anorganische Verbindungen wie Oxysäuren und Oxyanionen bilden Polymere. Dies gilt insbesondere für schwache Säuren wie Borsäure, H3BO3 und Kieselsäure, H4SiO4. In den Anionen schwacher Säuren liegt eine hohe Dichte an negativer Ladung auf den Sauerstoffatomen. Diese Ladungsdichte kann durch den Polymerisationsprozess reduziert werden.

Kieselgel

eine hochporöse, nicht-kristalline Form von Kieselsäure, wird verwendet, um Feuchtigkeit aus Gasen und Flüssigkeiten zu entziehen, Flüssigkeiten zu verdicken, Farben und synthetischen Filmen eine matte Oberfläche zu verleihen und für andere Zwecke. Das Kieselgel war bereits 1640 bekannt, blieb aber eine Kuriosität, bis seine adsorbierenden Eigenschaften während des Ersten Weltkriegs in Gasmasken nützlich waren. Es wird im Allgemeinen durch Ansäuern einer Lösung eines Silikats, wie beispielsweise Wasserglas, hergestellt; die entstehende Kieselsäure bildet entweder eine starre Masse oder einen gelatinösen Niederschlag, aus dem lösliche Materialien durch Waschen mit Wasser entfernt werden. Das Wasser wird schließlich durch Erhitzen entfernt, so dass ein glasiger, körniger Feststoff entsteht. Für höchste Aktivität als Trockenmittel ist das Gel nicht vollständig dehydriert, sondern bleibt mit einem kleinen Prozentsatz an gebundenem Wasser zurück.

Dichte

Die wahre Dichte von Kieselsäure beträgt 2,2 Gramm pro Milliliter (137 Pfund pro Kubikfuß), aber die Porosität von Kieselsäuregelen gibt ihnen viel geringere Schüttdichten. Eine gängige Handelsform hat eine Schüttdichte von etwa 0,7 Gramm pro Milliliter und eine Oberfläche von etwa 750 Quadratmetern pro Gramm, mehr als fünf Hektar pro Unze.

Natriumsilikat oder lösliches Glas

Wasserglas auch Natriumsilikat oder lösliches Glas genannt, eine Verbindung, die Natriumoxid (Na2O) und Siliziumdioxid (Siliziumdioxid, SiO2) enthält und einen glasartigen Feststoff mit der sehr nützlichen Eigenschaft bildet, in Wasser löslich zu sein. Wasserglas wird als fester Klumpen oder Pulver oder als klare, sirupartige Flüssigkeit verkauft. Es wird als geeignete Natriumquelle für viele Industrieprodukte, als Hersteller von Waschmitteln, als Bindemittel und Klebstoff, als Flockungsmittel in Wasseraufbereitungsanlagen und in vielen anderen Anwendungen eingesetzt.

Herstellung

Wasserglas wird seit dem 19. Jahrhundert hergestellt, und die Grundprinzipien der Herstellung von "Silikat aus Soda" haben sich seitdem nicht geändert. Natriumsilikat-Flüssigkeit kann auch direkt durch Lösen von Quarzsand unter Druck in einer erwärmten wässrigen Lösung von Natronlauge (Natriumhydroxid, NaOH) hergestellt werden: 2NaOH + SiO2 → Na2O∙SiO2 + H2O. Hochviskose Lösungen können sprühgetrocknet werden, um glasartige Perlen aus hydratisiertem Natriumsilikat zu bilden. Die Perlen können für den Verkauf an gewerbliche Verbraucher wie gemahlene Glasscherben verpackt werden, lösen sich aber leichter auf als die wasserfreie Form von Wasserglas.

Einsatzmöglichkeiten

Diese Eigenschaften machen hydratisierte Natriumsilikate ideal für den Einsatz in einem ihrer gängigsten Konsumgüter: pulverförmige Wasch- und Geschirrspülmittel. Gelöstes Wasserglas ist mäßig bis stark alkalisch, und in Waschmitteln hilft diese Eigenschaft bei der Entfernung von Fetten und Ölen, der Neutralisierung von Säuren und dem Abbau von Stärke und Proteinen. Die gleiche Eigenschaft macht die Verbindung nützlich beim Entfärben von Altpapier und beim Bleichen von Papierstoff. Kleine Mengen an gelöstem Wasserglas werden in der Behandlung von kommunalen Wasserversorgungen sowie im Abwasser eingesetzt, wo es Metallionen adsorbiert und zur Bildung von losen Agglomeraten von Partikeln, den sogenannten Flocken, beiträgt, die das Wasser von unerwünschten Schwebstoffen filtern.

Eigenschaften

Flüssiges Natriumsilikat reagiert unter sauren Bedingungen zu einem harten, glasartigen Gel. Diese Eigenschaft macht es als Bindemittel in zementierten Produkten wie Beton und Schleifscheiben einsetzbar. Es ist auch ein ausgezeichneter Klebstoff für Glas oder Porzellan. Eine traditionelle Anwendung für gelöstes Wasserglas ist die Konservierung von Eiern. Frische Eier, die unter kühlen Bedingungen in einer zähflüssigen Silikatlösung gelagert werden, sind über Monate haltbar.

Siehe auch

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