규산염

Silicate
규산 음이온4−
4 SiO의 구조

화학에서 규산염은 실리콘과 산소로 이루어진 음이온 계열의 총칭으로 보통 일반식 [SiO(4−2x)−
4−x](
n0 µ x < 2)이다.직규산염4−
4 SiO(x = 0), 메타규산염2−
3 SiO(x = 1) 및 파이로규산염 SiO
26−
7(x = 0.5, n = 2)를 포함한다.이 이름은 메타규산나트륨과 같은 음이온의 소금이나 테트라메틸 오르토규산나트륨과 [1]같은 해당 화학 그룹을 포함하는 에스테르에도 사용됩니다.

규산 음이온은 종종 사슬과 고리(중합체 메타규산염 [SiO2−
3]
n와 같은), 이중 사슬([SiO
22−
5]
n와 같은 시트([SiO
22−
5]
n[1]와 같은)를 포함한 다양한 구조를 가진 대형 고분자 분자입니다.

지질학 및 천문학에서, 규산염이라는 용어는 규산염 광물, 규산염 음이온을 가진 이온성 고체, 그리고 그러한 광물로 주로 구성된 암석 유형을 의미합니다.이러한 맥락에서, 이 용어는 또한 일반 식에서 x = 2에 해당하는 비이온
2 화합물 이산화규소 SiO(실리카, 석영)를 포함한다.이 용어는 알루미늄 또는 다른 4가 원자가 알루미늄 규산염에서와 같이 실리콘 원자의 일부를 대체하는 광물도 포함한다.이러한 규산염은 지구의 지각과 맨틀뿐만 아니라 다른 지구 행성, 암석 위성, 그리고 [citation needed]소행성들을 구성합니다.

규산염은 다양한 제조, 기술 및 예술적 요구를 위해 천연 재료(화강암, 자갈, 가넷 등)와 인공 재료(포틀랜드 시멘트, 도자기, 유리, 워터글라스 등)를 모두 갖추고 있습니다.

규산염이라는 이름은 실리콘을 포함하는 음이온으로 확장되기도 합니다. 일반 공식에 맞지 않거나 산소 이외의 다른 원자를 포함하는 경우에도 마찬가지입니다. 예를 들어 헥사플루오로규산염 [SiF
6]2−
입니다.

구조 원리

관련된 시리즈의 일부
바이오미네랄화
일반
외골격(껍질)
내골격(뼈)
치아, 비늘, 송곳니 등
석회화
규화
기타 양식
다른.

모서리 공유 사면체로 모델링

거의 모든 규산염 광물을 포함한 가장 흔히 볼 수 있는 규산염에서 각 규소 원자는 옥텟 규칙에 따라 단일 공유 결합에 의해 연결된 4개의 산소 원자로 이루어진 이상적인 4면체의 중심을 차지한다.이 구조 결합 시나리오는 대부분의 지상 규산염 광물의 상황인 고압에서의 규산염 광물의 성질을 설명하지 않는다.

이러한 사면체는 분리된 오르토규산 음이온4−
4 SiO로 발생할 수 있지만, 두 개 이상의 실리콘 원자가 다양한 방법으로 산소 원자와 결합되어 화규산 SiO
26−
7 또는 메타규산 고리 헥사머
612−
18 SiO와 같은 보다 복잡한 음이온을 형성할 수 있습니다.임의로 큰 사이즈의 고분자 규산염 음이온은 체인, 더블 체인, 시트 또는 3차원 구조를 가질 수 있다.

일반적으로 음이온에 음전하를 기여하지 않는 각 산소 원자는 두 실리콘 원자 사이의 브리지입니다.이러한 음이온의 구조는 일반적으로 각각의 정점이 최대 두 개의 정점에 의해 공유되는 방식으로 그들의 정점에 의해 연결된 실리콘 중심 사면체로 구성되고 묘사된다.

사면체 실리콘을 사용한 규산염

사면체는 실리콘 화합물의 일반적인 배위 기하학이지만, 실리콘은 더 높은 배위 수치로 발생할 수도 있습니다.예를 들어 음이온 헥사플루오로규산염 SiF는2−
6 실리콘 원자가 6개의 불소 원자로 8면체 배열로 둘러싸여 있다.이 구조는 자연에서는 거의 볼 수 없지만 심각한 황산염 [citation needed]공격을 받은 시멘트와 콘크리트에 인공적으로 형성된 다른 칼슘 규산염 수화물 중 가끔 발견되는 광물인 타우마사이트에서 발생하는 헥사히드록시실리케이트 음이온 Si(OH)2−
6에서도 나타난다.

매우 높은 압력에서, SiO조차2 지구의 하부 맨틀에서 발견되고 운석 충돌 시 충격에 의해 형성되는 실리카의 밀도 높은 다형인 광물 스티쇼바이트의 6좌표 팔면체 형상을 채택합니다.

화학적 성질

고체 규산염은 일반적으로 안정적이며 특성이 우수합니다.

알칼리 양이온을 가진 규산염과 오르소나트륨, 메타규산염과 같은 작거나 사슬 모양의 음이온은 물에 상당히 용해된다.용액에서 결정화되면 여러 개의 고체 하이드레이트를 형성합니다.수용성 규산나트륨과 워터글래스라고 알려진 혼합물은 사실 중요한 산업 및 가정용 화학 물질이다.비알칼리 양이온 또는 시트 및 3차원 고분자 음이온을 가진 규산염은 일반적으로 정상 조건에서 물 속 용해도가 미미하다.

반응

규산 음이온은 규산의 결합 염기, 즉 Si-O-H 관능기를 가진 화합물이다.예를 들어 오르토규산염은 4중 탈양성 오르토규산 Si(OH)
4로 볼 수 있다.규산은 일반적으로 약한 산이다.격리될 수 있습니다.이들은 동적 평형 [2]상태에서 축합 음이온과 부분적으로 양성자화된 음이온의 혼합물로 수용액에 존재한다.이 평형의 일반적인 과정은 가수분해/응축이다.

[Si-O-Si
2] + [Si-OH] + [HO-Si]

프로톤화/탈양성자화

– Si - OH 、 Si−
 - O + H+
 。

평형은 매질의 규산염 농도 및/또는 산도를 증가시킴으로써 더 큰 음이온으로 이동할 수 있다.예를 들어, 규산염 음이온은 농도가 100ppm 이하인 바닷물에 자연적으로 용해되는 실리카의 주요 형태이며, 또한 pH 12 이상의 [2][3]산화나트륨 초과에 의해 실리카가 용해되는 경우라고 가정한다.고농도 또는 저pH에서는 고분자 음이온이 우세하다.

이 한도에서 규산 음이온은 규산으로 변환되며 규산은 Si-O-Si 결합에 의해 상호 연결된4 SiO 사면체로 이루어진 3차원 네트워크로 응축된다.테트라에틸규산염의 졸겔 처리에서 관련 축합 공정을 볼 수 있다.

검출

용액 중의 규산 음이온은 몰리브덴산 음이온과 반응하여 황색 실리콘 폴리벤트 복합체를 생성한다.전형적인 제제에서 단량체 오르토실리케이트는 75초, 이량체 파이로실리케이트는 10분, 고밀도 올리고머는 상당히 긴 시간에 반응하는 것으로 확인되었다.특히 콜로이드 실리카 [3]현탁액에서는 반응이 관찰되지 않는다.

제올라이트 생성

수용성 규산염의 성질은 [2]제올라이트라고 불리는 산업적으로 중요한 촉매와 같은 알루미늄 규산염의 생미네랄화와 합성을 이해하는 것과 관련이 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ^ a b c Knight, Christopher T. G.; Balec, Raymond J.; Kinrade, Stephen D. (2007). "The Structure of Silicate Anions in Aqueous Alkaline Solutions". Angewandte Chemie International Edition. 46 (43): 8148–8152. doi:10.1002/anie.200702986. PMID 17886822.
  3. ^ a b G. B. Alexander(1953) : "저분자량의 규산과 몰리브딕산의 반응"미국화학회지 제75권 제22호, 5655-5657쪽. doi:10.1021/ja01118a054