(1) A x it silỉxic
• A x i t s i l i x i c ứ n g v ớ i c ô n g t h ứ c t ổ n g q u á t d ạ n g h i d r a t h ó a c ủ a S Ì O 2 l à XSÌO2. y ỉỈ2 0 Người ta đã biết những dạng riêng biệt như
H2SĨO3' ( X = 1 ; y = 1 )
H2S Ì2O5 ( X = 2 ; y = 1 )
H ,SiÒ , ( X = 1 ; y = 2 ) axit m etasilixic axit dim elasilixic axit orthosilixic
và m ột sô' axit khác như H6SÌ2O7 ( X = 2 ; y = 3 ) , HịoSi^O, ( x = 2 ; y = 5 ) . . .
• Dạng phổ biến tồn tại trong dung dịch là axit orthosilixic H4SÌO4 nhưng dễ ngưng tụ tạo thành dung dịch keo, sau khi mất bớt nước tạo thành những axit có thành phần khác n h a u .
• Dung dịch keo của axit silixic là chất lỏng trong suốt, sau đó đông tụ dần, tùy theo điều kiện xẩy ra trong quá trình đông tụ, axit silixic tạo thành khối gọi là gel.
• Gel của axit silixic sau khi sấy khô tạo thành khối xốp gọi là silicagel có thành phần SiO j. H2O được dùng hút ẩm làm khô các chất, sau đó những hạt silicagel dã hút ẩm có thể sấy khô lại để dùng tiếp.
• Dưới đây là sơ đổ chuyển hóa một số dạng axit silixic :
OH HO OH
1 - H^o 1 1
HO - Si - OH 1
—► HO - Si - 0 - Si - OH
1 Ị
OH HO OH ^
( H4SÌO4) ( H5SÌ2O7)
O H OH >
HO OH OH OH ]
1 1 - H2O I 1 1 1
- Si - 0 - Si - OH
1 Ị ---► H O -- Si - 0 - Si - 0 - Si - 0
1 1 1
- Si -O H
Óh o h J HO OH OH OH
( H^SÌ207) { H1QSÌ4O13)
332 H óa học vô cơ - Các nguyên tô'phỉ kim ( 8. Cacbon và silic )
OH OH ^ Ị
1 OH OH
HO - Si - 0 - Si - OH 1 í
i HO - Si - 0 - Si - OH
OH - H2O 1 !
0 ---► 0 0
OH 1 1
HO - Si - 0 - Si - OH
HO - Si - 0 - Si - OH 1 i
1 OH OH
OH OH J
( H 1 0 S Ì 4 O 1 3 )
Tổng quát theo sơ đồ sau :
OH1 HO OH '
1 n
1
HO - Si - OH
1 --- ► H O - S i -
1
- 0 - Si - 1
> . OH y HO . O H ^
( H4SÌO,)
(HgSÌ4 0|2) hay ( H2Si03)4
OH
o - S i - O H + ( n - 1 ) H2ơ (n - 2) OH
(H2n+2SÌ„0 ,„^l )
• A xit silixic là axit rất yếu :
H4SÌO4 + H2O ^ [H,SÌ04J“ + H3O"
[H3SÌO4]' + ^ [H .SiO ,]'" + H3O"
H2SÌO4]'" + H2O ^ [HSÌO4]'" + H ,0 ^ HSiO^]^” + H2O ; ^ [ S i0 4 ]^“ + H ,0 ^
K| = 1,6.10 -10
K2 = 1,8 .1 0 “'^
K3 = 1,0.10''^
K4 = 2,1.10"'^
• Bị nhiệt phân hủy thành SÌO2 vô định hình :
H4SÌO4 = SÌO2 (vô định hình) + 2H2O
• Tác dụng với kiềm đặc tạo r a muối s i l i c a t ;
SĨỘnHiO + 4NaOHđặc = Na4Si0 4 + (2 +n)H2 0
(2) Muối sỉlỉcat
• M uối của axit silix ic gọi là muối silicat thường không màu, khó nóng chảy, thực tế không tan trong nước. Trong tự nhiên, các silicat chiếm khoảng 3 / 4 khối lượng vỏ Trái Đất, khoảng 5 0 0 khoáng vật là silicat trong đó quan trọng là các khoáng íenspat, piroxen,
H óa học vô cơ - Các nguyên tò phi kim ( 8 . Cachon và silỉc ) 333
mica. Các vật liệu đất sét, gạch ngói, ihủy tinh, xiináng. men, am iãng. ngọc bích đều là silicat.
• Cơ sớ những phân tử silicat là những nhóm tứ diện [ Si0 4 ]'‘ trong đó nguyên tử Si ớ tâm và 4 nguyên tử o ớ đinh. Các tứ diện có thc nối với nhau qua nguyên tử o tạo ra các
g ố c s i l i c a t c ó t h à n h p h ầ n v à c ấ u t r ú c k h á c n h a u n h ư đ ã n ê u t r o n g s ơ đ ổ h ì n h 9 4 d ư ớ i đ â y .
• Sô' nguyên tử Si và o trong gốc silicat có Ihể thay đổi nên hóa trị của gốc thay đổi, ngoài ra trong thành phần của gốc còn có thê có các nguvên tố khác ahư A I , B , Be , Ti, Z r ,v . Nếu trong thành phần silical có nguvén tử AI gọi là alum inosilicat.
• Khác với silicat thiên nhiên, các silicat nhân tạo có thê’ có thành phần và cấu tạo khá đồng nhất, không có tạp chất lạ nên có giá trị thực tố lớn. Ví dụ :
Các canxi silicat BCaO.SiO^; 2 Ca0 .Si0 2 là hợp phần chính của ximăng pooclăng.
C á c s i l i c a t n a t r i v à k a l i ở d ạ n g t h ủ y t i n h l ó n g d ù n g đ ể s ả n x u ấ t h ồ d á n , s c f n , m a t i t , x à p h ò n g .
C á c s i l i c a t l i t i v à m a g i e l à c ơ s ở đ ể s ả n x u ấ t v ậ t l i ệ u g ố m c h ị u n h i ệ t .
s , p ị o
H inh 94 . S ơ đ ồ cấu trúc cá c g ố c silica t
(3) N atrì silicat
• NâSiỘỌHiO là chất tinh thể hình thoi, không màụ M uối khan là khối dạng thủy tinh vô định hình. Không tan trong rượu, không tan trong nước lạnh nhưng tan trong nước nóng gọi là thủy tinh tan. Dung dịch đậm đặc có độ nhớt cao gọi là thủy tinh lỏng, không màu hoặc có m àu vàng nhạt.
334 Hóa học vô cơ - Các nguyên tô ph i k im ( 8. Cacbon và silic )
• Thủy tinh lỏng được dùng để tẩm vải và gỗ làm cho những vật liệu này không cháy làm hồ dán đồ thủy tinh, đồ sứ. Dung dịch Na2Si0 3 được bảo quản trong lọ có nút cao su vì nút bằng gỗ hoặc nút thủy tinh sẽ dính chặt vào miệng lọ.
• Trong công nghiệp Na2Si0 3 được điều chế bằng cách nấu nóng chảy thạch anh với NaOH hoặc N a2C0 3 ở 1300"c :
SÌO2 + Na2C0, = Na2Si0 3 + COịỹ
• Dung dịch Na2Si0 3 có tính kiềm do phản ứng với nước : Na^SiO^ + ( n + l ) H p = 2NaOH + S iO ^ .n H p ị
• Là muối của axit yếu nên tác dụng với axit kể cả CO2 :
Na^SiO,, + 2HC1 (loãng) = SÌ0 2Ì + 2NaCl + H p NaỊSiO, + CO2 = SÌO2Ì + Na2CO,
Phụ chú 135 , ìl Thủy tinh ià hỗn hợp các silicat đã đông cứng. Là silicat quan trọng nhất trong các silicat không tan trong nước.
• Thành phần của loại chiỉy tinh thường là N a2CaSÌ60j4 ( N a20.Ca0 .6Si02 ).
N guyên liệu để sản xuất “thủy tinh thường”, là Na2C0j + đá vôi + cát . Nung hỗn hợp ở nhiệt độ cao , phản ứng tạo thành thủy tinh thường, có thể theo sơ đồ sau :
NaỊCO, + CaCO, + 6SÌO2 = Na20.Ca0.6Si02 + 2CO2 T (Thủy tinh thường)
• Người ta còn dùng hỗn hợp gồm Na2SƠ4 + c thay ch o N dỊC O ,, phản ứng xẩy ra theo phương trình :
Na2S04 + c + CaCOj + 5SiOj = NaiO.CaO.óSiOi + CO2T + SOịỹ + c o t
21 Tùy theo yêu cẩu sử dụng người ta đã sán xuất những loại thủy tinh khác nhau, dưới đây Pêu một sổ thủy tinh thường gặp ( thành phần tính theo % khối l'.rợng ):
• Thủy tinh thường : Là vật liệu không thẽ’ thiếu trong cuộc sống của con người kể từ thời thượng cổ, tùy theo loại thủy tinh có những thành p h ần n g u y ê n tố khác nhau :
S Ì O2 N a20 CaO K2O P b O M g O A I A Fe,0.,
Thủy linh ihường
75,3 13,0 1K7 — — — — —
Tnúy tinh kính cứa
71 16 8 — — 3,3 1,5 0.2
Thúy tinh chai
(màu Ịục )
70 15 10 — — — 3 2
Thũy linh bóng đèn
71 14 5 3 3,5 3 0,3 0.2
Hóa học vô cơ - C ác nguyên tô ph i kim ( 8 . Cacbon và silỉc ) 335
• T h ủ y tin h chịu n h i ệ t; Hai loại ihủy tinh nổi tiếng th ế giới \?. th ủ y tin h ĩe n a ( Đức ) và th ủ y t ìn h P y re x ( Phấp ) c ó tính ch ịu n h iệt c a o và c ó đ ộ b ền h ó a h ọ c iớ n c ó thành phần ( theoẶ khối lượng ):
T h ú y tinh lena : 65.3% S1O2 + i2 % B aO 4- 4,2% Z n O + 3,5% + 15% B2O3. Th ủ y tinh Pyrex : 80,5%SiƠ2 + 4.4% N a2Ơ + 0 . 4 % c a 0 + 0,2% K2O + 2.1% AI2O3 + + 11-9% B p , + 0.5% A s p , .
Cả hai ỉoại thúy tinh này đều rất bền với nước, với axit. có hệ số nở nhiệt thấp, có thể đun nóng bình le n a hoậc Pyrex trực tiếp ngay trên đèn khí m à khồng bị nứt.
• T h ú y tin h m àu : Để c h ế tạo thủy tình màu người ta cho thêm một sô' chất tạo m àu nh ư c h o thêm hợp chất coban thủy tinh có màu xanh. C r2Ơ3 thủy tinh có màu lục, F e2Ơ3 thủy rinh có m àu náu, hợp chất m angan thủy tinh có màu tím ...
• T h ủ y tin h m ờ : Trong điều kiện sản xuất bình thườiig thủy linh không ở d ạn g tinh thê nên vẫn trong suốt, trong thủy tinh nguội quá trình kết tinh xẩy ra rất chậm, nhưng nếu đ un nó n g thủy tinh, chưa đến nhiệt độ làm m ềm , rổi giữ lâu ở nhiệt độ đó thì quá trình kết tinh xẩy ra n h a n h hcm tạo ra tinh thể riêng biệt thu được loại th ủ y tin h m ờ, Người ta cung thường c h o th êm vào íhùy tinh nóng cháy một vài k h oáng chất n h ư apatit, crioỉit ... đ ể cho thủy tinh d ẻ kết tinh khi để nguội.
• T h ủ y tin h bôn g ; Là chấĩ cách nhiệt tốt được điều c h ế bằng cách thổi hơi nước q u a khối thủy tinh lòng. Một loại vái dùng may quần áo bảo hộ trong m ột số ngành kỹ thuật được dệt b à n g sợi thúy tinh rất nhỏ.
• T h ú y tin h h ộ t : Là loại íhuy tinh bão hòa khí, có khá năng cách nhiệt tốt. có tính cá c h âm và c ó độ bền cơ học cao, thủy tinh bột được điều c h ế bàng cách nung nó n g đến 700-C00''C m ột hồn hợp gổm thủy tinh với nhữiig chất có kh ả nâng sinh ra khí.
3/ J T u y ràng thủy tinh thưc lế khồng tan trong nước, nhưng thùy tinh thường bị nước ãn m ò n bề inật, chủ yếu phán nalri: mật khác, vì Irong thủy linh có SÌO2 nên các chai lọ thủy tinh aựiig d u n g dịch kiềm đều bị kiém ăn mòn.
• Chi có axit H F mới ãn mòn được thủy tinh theo phương trình : N a2CaSÌ6 0H + 2 8 H F = 2N aF + C aP ^ị + 6SiF4t + Ị4H2O
P h ụ ch ú 136. 1/ X im â n g là vật liệu xây dimg hết sức quan trọng, g án 8 0 % vật liệu kết dính được sử dụng trong n g àn h xây dựng hiện đại là ximãng và những vật liệu m à cơ sở là ximảng
Có nhiều loại xim ãng như ximáng siỉicat ( x im ăng Pooclãng), xim ăng đất sét, x im ản g n h ân tạo, quan trọng hơn cả là xim ăng Pooclăng.
2/ • N g u y ờ n liệu đế sản xuất xim óng Poocỉóng là đỏ vụiằ đất sộl chứa nhiều SèO2 và m ột ít q u ăn g sát,
• K hi n u n g trong lò quay ( lò sản xuất xim ãng ) ban đầu c h u y ể n thành hỗn hợ p gồm C aO + SÌO2 + A l20jỊ + F e2 0v Các oxit này phản ứng với nhau trong pha rán ơ nhiệt đ ộ cao tạo tỉíành các khoáng xim âng có thành phần chù yếu là 3C aO . SÌO2 ( Ca3Si05 ), 2C aO . S ÌO2 í.Ca2Si04 ) và 3 C a O A l2 Ũ j [Ca3(AỈ03)2 ]. Sản phẩm thu được ỏ lò quay gọi là clin ke
336 Hóa học vô cơ - Các nguyén tô p h i kim ( 8. Cacbon và silic )
ch ủ y é u g ồ m c á c loại k h o á n g trên, sau đ ó đ ư ợc n g h iề n thành b òt m ịn m àu x á m g ọ i là x i n i ă n g.
3/ Sự đ ô n g c ứ n g x in ià n g chủ vếu lỉãy ra b ò i c á c phán ứ n g hidrat h ó a sau : C aÌsiO s + 5 H , 0 = Q12S1O4.4H2O + Ca(0H)2
CaiSiO^ + 4H2O = Ca2SiƠ4. 4 H jO C a j ( A10,)2 + 6H jO = Ca3( A1 0,)2. ÓH^O
Hóa học vô cơ - Các nguyên t ố ph i kim ( 9 . Bo ) 337
Nguyên tô phi kim nhóm IIIA: Bo
N ội dung chủ yếu gồm :
1. M ở đầu.
2. Trạng thái thiên nhiên. Thành phần đồng vị của bo.
3. Phưcmg pháp điều chế.
4. T hế oxi hóa - khử chuẩn.
5. Tính chất lý học và ứng dụng.
6 . Tính chất hóa học.
7. Boran.
8 . Oxit BịO, và axit boric H,BO j 9. Borat.
338 H óa học vô cơ - Các nguyên tô p h ỉ kim ( 9 . Bo )