Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Другой результат от введения солей щелочных металлов состоит в гидратации добавляемых электролитов. Их добавление к разбавленным растворам щелочных силикатов не дает какого-либо эффекта, а в концентрированных растворах силикатов введение нейтральных солей приводит к перегидратации, т. е. перераспределению воды между гидратными оболочками силикатов щелочных металлов и вновь вводимыми ионами. Гидратация ионов в растворах щелочных силикатов является условием общей стабильности системы, и перегидратация может привести к потере устойчивости
по отношению к коагуляции или гелеобразованию. Этому способствует увеличение ионной силы образующегося раствора и ослабление электростатического взаимодействия ионов. Естественно, чем выше силикатный модуль раствора, тем легче нарушается стабильность системы. Так, например, поваренная соль вызывает коагуляцию силикатных растворов с модулем не ниже двух. Также очевидно, что в целях коагуляции лучше использовать концентрированные растворы электролитов. Повышение температуры всегда способствует коагуляции. Состав выпадающего в результате коагуляции осадка трудно поддается анализу из-за его сильной адсорбционной активности. Полагают, что модуль выпадающего осадка кремнезема всегда выше, чем в растворе, как будто коагуляции подверглась наиболее высокомолекулярная часть кремнезема, находящегося в исходном растворе. Тем не менее осадки, образующиеся при действии солей щелочных металлов, растворимы в воде. По Дилеру [2], ионы щелочного металла, в частности натрия, могут служить в этом случае звеньями, связывающими полисиликатные ионы, если ионы металла содержатся в большом избытке. Соли лития, будучи добавлены в большой концентрации к раствору силиката натрия, способны образовывать малорастворимые осадки.
Концентрированные растворы силикатов натрия и калия практически не смешиваются с водорастворимыми органическими веществами, такими как спирты, ацетон. Добавление спирта вызывает расслоение системы. В нижнем слое остается весь силикат с модулем несколько выше исходного, а в верхнем — водно-спиртовой раствор, содержащий немного щелочи. Полагают, что изопропило-вый спирт, добавляемый в большом избытке к раствору щелочного силиката, осаждает его из раствора, без существенного изменения полимерного состава. Разбавленные растворы щелочных силикатов смешиваются с органическими водорастворимыми соединениями до тех пор, пока воды, связанной с силикатами, достаточно для того, чтобы препятствовать осаждению.
Растворы силикатов лития и тетраалкиламмония способны смешиваться со спиртами и ацетоном, что используется в технологической практике.
Взаимодействие растворов щелочных силикатов с растворами солей щелочноземельных металлов и их твердыми соединениями дает широкий ряд ценных продуктов. Сюда относятся различные адсорбенты,наполнители резин и других эластомеров, бумаги, красок, различные обесцвечивающие агенты, носители катализаторов и собственно катализаторы, осаждающие агенты. Эти реакции имеют место в многочисленных твердеющих композициях, в процессах обескремнивания воды, получения разнообразных пористых Материалов с высокоразвитой поверхностью и т. д.
Изучению как самого процесса взаимодействия жидкого стекла с солями щелочноземельных металлов, так и идентификации продуктов этого взаимодействия посвящено множество исследований.
59
58
В общем случае при сливании двух растворов на границе раздела фаз образуется мембрана (коллоидная пленка) из аморфных гидросиликатов щелочного металла, препятствующая дальнейшему смешению растворов, через эту пленку относительно легко диффундируют вода и ионы, не образующие труднорастворимых силикатов: ионы гидроксила, гидроксония, щелочных металлов, некрупные анионы. В результате модуль силикатного раствора повышается и возможно выпадение кремнегеля, а по другую сторону мембраны могут образовываться малорастворимые гидроксиды щелочных металлов. Эта общая картина взаимодействия тем более реальна, чем выше концентрация реагентов в растворах и чем выше модуль жидкого стекла. При смешении разбавленных растворов образование сплошных мембран маловероятно, в данном случае целесообразно говорить о параллельных реакциях взаимодействия иона щелочноземельного металла М2+ с силикатными ионами с образованием связей М—О—и с гидроксильными ионами с образованием связей М—О—Н. Являясь кислотой Льюиса, ион М2+ взаимодействует только с одной электронной парой гидроксила или кремнекислотного иона, каков бы ни был отрицательный заряд последнего. Поэтому ион М'2 + или сшивает крем-некислородные ионы, или взаимодействует с двумя гидрокси-лами, давая М(ОН)2, или образует смешанные системы типа Н—О—М—О—51 = . При этом имеют место следующие закономерности. Высокомодульные концентрированные жидкие стекла, характеризующиеся многообразием полимерных ионов и мицелл, способствуют образованию аморфных продуктов даже без признаков кристалличности. Низкомодульные разбавленные силикатные растворы, содержащие ионы (по преимуществу мономерные силикаты), более склонны к кристаллизации. В ряду Ве—Ва гидроксид бария является наиболее сильным основанием и наименее склонен образовывать связи Ва—ОН, поэтому образование кристаллических силикатов в этой системе наиболее вероятно. Тем не менее кристаллизация силикатов — процесс очень медленный. Практически всегда при взаимодействии ионов щелочноземельных металлов с силикатами образуются аморфные продукты нестехио-метрического состава, которые невозможно зачастую трактовать как определенные химические соединения или их смесь. Нередко, однако, при осаждении силикатный модуль осадка 5Ю2/М0 такой же, как силикатный модуль исходного раствора 5Ю2/М20.
