Формула силиката натрия

Определение и формула силиката натрия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Силикат натрия (иначе метасиликат натрия — наиболее известный представитель) – неорганическое соединение, принадлежащее к классу средних солей.

Химическая формула – $Na_2SiO_3$

Молярная масса равна $122,06$ г/моль.

Физические свойства – в чистом состоянии бесцветные или белые кристаллы, но обычно образцы имеют зеленоватый или синеватый оттенок благодаря наличию железосодержащих примесей.

Данное вещество — это соль, образованная катионом натрия и анионом метакремниевой кислоты.

В общем термин силикат натрия используется для соединений с формулой $Na_2(SiO_2)_nO$ .

Также данное вещество известно как водное стекло или жидкое стекло, эти вещества известны как в водных растворах так и в твердой форме.

Метасиликат натрия растворяется в холодной воде, образует кристаллогидрат.

Химические свойства силиката натрия

Силикат натрия химически медленно реагирует с водой, подвергаясь гидролизу:
$Na_{2}SiO_{3}+ (n+1) H_{2}O \rightarrow 2NaOH + SiO_{2} \cdot nH_2O \downarrow$
Являясь солью взаимодействует с кислотами:
$Na_{2}SiO_{3} + 2HCl \rightarrow 2NaCl + SiO_{2} \downarrow + H_2O$
Разлагается щелочами:
$Na_{2}SiO_{3}+2NaOH \rightarrow Na_{4}SiO_{4}+H_{2}O$
Вступает в химическое взаимодействие с $CO_2$ :
$Na_{2}SiO_{3}+CO_{2} \rightarrow Na_{2}CO_{3}+SiO_{2}\downarrow$

Применение

Силикат натрия используется в приготовлении цементов, бетонов, текстильной промышленности.

Он — компонент шихты в производстве стекла.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Определите среднюю молярную массу раствора, содержащего $10$ г $Na_2SiO_3$ в $100$ г $H_2O$ .

Решение

Рассчитаем число моль веществ в растворе $Na_2SiO_3$ и $H_2O$ .

Воспользуемся стандартной формулой: отношение массы вещества к его молярной массе:

$n(Na_2SiO_3) = \frac{m(Na_2SiO_3)}{M(Na_2SiO_3)} = \frac{10}{122,06} = 0,08193$ моль

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{100}{18} = 5,5556$ моль

Рассчитаем мольную долю $Na_2SiO_3$ .

$\chi (Na_2SiO_3) = \frac{n(Na_2SiO_3)}{n(Na_2SiO_3)+ n(H_2O)} = \frac{0,08193}{0,08193 + 5,5556} = 0,01453$

Определим среднюю молярную массу раствора.

$M = M(H_2O) \cdot \chi (H_2O) + M(Na_2SiO_3) \cdot \chi (Na_2SiO_3)$

$M = M(H_2O) \cdot (1 - \chi (Na_2SiO_3)) + M(Na_2SiO_3) \cdot \chi (Na_2SiO_3)$

Поставляя получим, $M = 18 \cdot (1 - 0,01453) + 122,06 \cdot 0,01453 = 19,512$ г/моль

Ответ

$M = 19,512$ г/моль

ПРИМЕР 2

Задание

Запишите формулу мицеллы, которая образуется при сливании двух растворов, содержащих 1 г $Na_2SiO_3$ и 1 г $H_2SO_4.$

Решение

Запишем уравнение химической реакции:

$Na_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2SiO_3 \downarrow$

Рассчитаем избыток-недостаток сливаемых растворов.

Воспользуемся формулой из первой задачи для расчета количества вещества.

$n(Na_2SiO_3) = \frac{m(Na_2SiO_3)}{M(Na_2SiO_3)} = \frac{1}{122,06} = 0,00819$ моль

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{1}{98,08} = 0,0102$ моль

Так как $Na_2SiO_3$ взаимодействует с $H_2SO_4$ в соотношении $1:1$ , то $H_2SO_4$ находится в избытке.

Серная кислота — сильный электролит и диссоциирует нацело. Запишем уравнение данного процесса.

$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_{4}^{2-}$

Запишем формулу полученной мицеллы.

$\left \{ mH_2SiO_3 \cdot 2nH^{+} \cdot (n - x) SO_{4}^{2-}\right \}^{2x+} \cdot SO_{4}^{2-}$

Здесь, $H^+ -$ это ионы, достраивающие кристаллическую решетку осадка $H_2SiO_3$ (ион $H^+$ является одноименным ионом для $H_2SiO3$ ).

$H^+ -$ это потенциалобразующие ионы, $SO_{4}^{2-} -$ это ионы диффузного слоя.