Метасиликат натрия

Входит в состав редких минералов эртиксиита ${\displaystyle {{\ce {Na2Si4O9}}}}$ и натросилита ${\displaystyle {{\ce {Na2Si2O5}}}}$^[1].

Метасиликат натрия был впервые обнаружен фламандским ятрохимиком и врачом Яном Баптиста ван Гельмонтом (1579—1644) в виде жидкого вещества, полученного при плавлении песка с избытком щёлочи. В 1646 году Иоганн Рудольф Глаубер (1604—1670) используя поташ и кремнезём получил вещество, которое он назвал «liquor silicum». И, наконец, в 1818 году немецкий химик и минеролог Иоганн Непомук фон Фукс (1774—1856) воздействуя на кремнёвую кислоту щёлочью получил вещество которое впоследствии стали называть «жидкое стекло»^[2].

Сплавлением диоксида кремния с едким натром или карбонатом натрия:

${\displaystyle {\ce {SiO2\ +2NaOH->[900-1000~^{\circ }{\text{C}}]Na2SiO3\ +H2O}}}$

или:

${\displaystyle {\ce {SiO2\ +Na2CO3->[1150~^{\circ }{\text{C}}]Na2SiO3\ +CO2}}}$.

Разложением ортосиликата натрия:

${\displaystyle {\ce {Na4SiO4->[1120~^{\circ }{\text{C}}]Na2SiO3\ +Na2O}}}$.

Безводную соль получают нагреванием кристаллогидрата:

${\displaystyle {\ce {Na2SiO3.9H2O->[100-300~^{\circ }{\text{C}}]Na2SiO3\ +9H2O}}}$.

Метасиликат натрия образует бесцветные или белые кристаллы ромбической сингонии, пространственная группа C cm2, параметры ячейки a = 0,6078 нм, b = 1,053 нм, c = 0,4825 нм, Z = 4.

Хорошо растворим в холодной воде, концентрированные растворы образуют коллоидный раствор «жидкое стекло» гидрозоля переменного состава ${\displaystyle {{\ce {SiO2.nH2O}}}}$.

Из водных растворов выделяется кристаллогидрат ${\displaystyle {{\ce {Na2SiO3.9H2O}}}}$, который плавится при 47 °С в собственной кристаллизационной воде и начинает разлагаться при температуре выше 100 °С.

В безводном твёрдом веществе метасиликатные анионы фактически является полимером, состоящим из тетраэдров ${\displaystyle {{\ce {SiO4}}}}$ с общими вершинами, а не отдельных ионов ${\displaystyle {{\ce {SiO3^{2-}}}}}$^[3].

Также известны ряд кристаллогидратов с общей формулой ${\displaystyle {{\ce {Na2SiO3.n H2O}}}}$, n = 5, 6, 8, 9 содержащие обособленный гидратированный, приблизительно тетраэдрический анион ${\displaystyle {{\ce {SiO2(OH)2^{2-}}}}}$. Коммерчески доступны пентагидрат силиката натрия ${\displaystyle {{\ce {Na2SiO.5 H2O}}}}$ или ${\displaystyle {{\ce {Na2SiO2(OH)2.4 H2O}}}}$ и нонагидрат ${\displaystyle {{\ce {Na2SiO3.9 H2O}}}}$ или ${\displaystyle {{\ce {Na2SiO2(OH)2.8 H2O}}}}$^[4]. Пентагидрат и нонагидрат имеют свои собственные номера CAS: 10213-79-3 и 13517-24-3 соответственно. Нонагидрат плавится при температуре 48 °C, а пентагидрат — при 72 °C^[5].

Водные растворы имеют щелочную реакцию из-за гидролиза по аниону.

Разлагается в горячей воде с гидролизом:

${\displaystyle {\ce {Na2SiO3\ +(n\ +\ 1)\ H2O->[T]2NaOH\ +(SiO2.nH2O)v}}}$.

Разлагается кислотами:

${\displaystyle {{\ce {Na2SiO3 + 2 HCl -> 2NaCl + SiO2 v + H2O}}}}$

и щелочами:

${\displaystyle {{\ce {Na2SiO3 + 2 NaOH -> Na4SiO4 + H2O}}}}$.

Реагирует с углекислым газом:

${\displaystyle {{\ce {Na2SiO3 + CO2 -> Na2CO3 + SiO2 v}}}}$.

• Компонент шихты в производстве неорганического стекла.
• Компонент жаростойких красок.
• Добавка в моющие средства и мыло.
• Для пропитки горючих материалов для придания им негорючести.
• В производстве жаростойких кислотоупорных бетонов.
• Наполнитель в облегчённых цементных растворах для цементирования нефтегазовых скважин.
• Водный раствор применяется как клей под названием «жидкое стекло»^[6].
• В качестве пищевой добавки (E550), для предотвращающего слипания^[7].
• Для сохранения яиц. Когда свежие яйца погружаются в раствор силиката натрия, бактерии, способные разрушить яйцо, удаляются, сохраняя яйцо до девяти месяцев. Перед приготовлением в кипящей воде скорлупы яиц, законсервированных таким образом, необходимо проткнуть скорлупу, чтобы дать выход пару, поскольку скорлупа перестаёт быть пористой^[8].