Кремниевые кислоты представляют собой группу неорганических соединений на основе кремния. Это очень слабые кислоты, плохо растворимые в воде, имеющие общую формулу nSiO2·mH2O.
Названия и формулы
Наиболее распространенными кремниевыми кислотами являются:
- Метакремниевая кислота H2SiO3
- Ортокремниевая кислота H4SiO4
- Пирокремниевая кислота H6Si2O7
- Поликремниевые кислоты общей формулы nSiO2·mH2O
Название формулы H2SiO3 - метакремниевая кислота.
Строение и свойства
В водных растворах кремниевые кислоты существуют преимущественно в полимерной форме, образуя коллоидные частицы и студнеобразные гели. Они очень слабо диссоциируют и почти не проявляют кислотных свойств.
Характерной особенностью является способность кремниевых кислот к поликонденсации с образованием линейных и разветвленных полимерных цепей кремний-кислородных тетраэдров SiO4.
Получение
В чистом виде кремниевые кислоты получают крайне редко. Чаще всего для их синтеза используют реакцию растворимых силикатов щелочных металлов с минеральными кислотами, например:
Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 + 2NaCl
При этом образуется студенистый осадок гидрозоля кремниевой кислоты. Его можно отделить фильтрованием, высушить, получив так называемый силикагель - аморфный диоксид кремния с сорбированной водой.
Применение
Благодаря уникальным сорбционным свойствам, кремниевые кислоты и их производные широко используются на практике:
- Силикагели применяются в качестве осушителей и адсорбентов
- Золи кремниевых кислот служат связующими компонентами керамики, лакокрасочных материалов, бетона
- Используются в производстве катализаторов и носителей катализаторов
- Являются компонентами фотоэмульсий и жидких стекол
- Применяются для очистки воды и масел
Кроме того, соединения кремния, в том числе и кремниевые кислоты, играют важную биологическую роль. Они входят в состав соединительных тканей человека и животных, растительных клеточных стенок, принимают участие в минеральном обмене.
Некоторые лекарственные растения (хвощ, подорожник) способны накапливать кремниевую кислоту, что определяет их полезные свойства. Препараты на основе таких растений рекомендуются при заболеваниях суставов, волос и ногтей, для укрепления иммунитета.
Получение кремниевых кислот в домашних условиях
Несмотря на кажущуюся сложность этого процесса, получить кремниевую кислоту дома довольно просто. Для этого потребуются:
- Водный раствор силиката натрия (жидкое стекло)
- Разбавленная соляная или серная кислота
- Стеклянная или пластиковая емкость
- Стеклянная палочка или ложка для перемешивания
- Налейте в емкость жидкое стекло
- При помешивании по каплям добавляйте кислоту
- Наблюдайте образование студня - это и есть гель кремниевой кислоты
- Аккуратно слейте жидкость, оставив осадок
- При желании осадок можно отфильтровать и высушить, получив силикагель
Такой опыт безопасен и наглядно демонстрирует свойства этого удивительного вещества.
Применение в медицине
Помимо технических областей, соединения кремния используются и в медицине. Установлено, что кремний играет важную роль в формировании костной, хрящевой и соединительной ткани организма. Он стимулирует образование коллагена, ускоряет заживление ран.
Недостаток кремния приводит к нарушениям в структуре костей, суставов, сухожилий. Это особенно актуально для пожилых людей и спортсменов. Дополнительный прием препаратов кремния помогает укрепить опорно-двигательный аппарат.
Кремний в косметологии
Соединения кремния широко используются в производстве косметических средств. Кремнийорганические жидкости, эмульсии и гели кремниевой кислоты являются компонентами кремов и лосьонов для лица и тела.
Благодаря своим полезным свойствам, кремний:
- Увлажняет и питает кожу
- Уменьшает морщины
- Улучшает цвет лица
- Стимулирует рост ногтей и волос
Кремы и маски на основе кремния оказывают выраженное омолаживающее действие, рекомендуются для ухода за зрелой и увядающей кожей.
Перспективы применения кремниевых кислот
Уникальные химические и физические свойства соединений кремния открывают перед учеными новые возможности их применения. Ведутся разработки в таких областях как:
- Создание новых композиционных материалов на основе кремнийорганических полимеров
- Разработка высокоэффективных катализаторов для химической промышленности
- Синтез биоразлагаемых кремнийорганических соединений для медицины и косметологии
- Создание наноструктурированных кремниевых адсорбентов и мембран
По мере развития нанотехнологий все больше областей науки и техники будут использовать уникальные свойства соединений кремния.
