Nātrija silikāts

Nātrija silikāts ir dažādu nātrija un silīcija skābekli saturošo savienojumu ar vispārīgo formulu Na2(SiO2)nO kopīgs nosaukums. Vienkāršākais no šiem savienojumiem ir nātrija metasilikāts Na2SiO3, kas uzskatāms par nātrija un metasilīcijskābes sāli. Pie nātrija silikātiem pieder arī nātrija ortosilikāts Na4SiO4. Nātrija metasilikāts un citi silikāti ir baltas kristāliskas vielas, kas labi šķīst ūdenī. Nātrija metasilikāts veido kristālhidrātu Na2SiO3·9H2O. Koncentrētu nātrija silikātu ūdens šķīdumu sauc par šķidro stiklu vai šķīstošo stiklu (šķidrajam stiklam jeb silikātu līmei var būt arī kālija un, retāk, litija silikātu piejaukums).

Vēsture 
Šķidro stiklu ieguva vācu ķīmiķis un mineralogs Jans Nepomuks fon Fukss 1818. gadā, bet jau ap 1640. gadu holandiešu ķīmiķis Žans Baptists van Helmonts novēroja šķidras substances veidošanos, izkausētām smiltīm reaģējot ar sārma pārākumu.

Atrašanās dabā 
Nātrija silikāti atrodami dabā minerālu ertiksīta Na2Si4O9 un natrosilīta Na2Si2O5 veidā.

Iegūšana 
Nātrija metasilikātu iegūst, sakausējot silīcija dioksīdu ar nātrija hidroksīdu vai nātrija karbonātu:
 SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
 SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2

Tas veidojas arī, sadaloties 1120 °C temperatūrā nātrija ortosilikātam:
 Na4SiO4 → Na2SiO3 + Na2O

Nātrija ortosilikātu iegūst, šķīdinot koncentrētā NaOH šķīdumā amorfo silīciju vai silīcija dioksīdu:
 Si + 4NaOH → Na4SiO4 + 2H2
 SiO2 + 4NaOH → Na4SiO4 + H2O

Nātrija ortosilikāts veidojas arī, reaģējot nātrija hidroksīdam ar silīcijskābi vai nātrija metasilikātu:
 SiO2·nH2O + 4NaOH → Na4SiO4 + (n+2)H2O
 Na2SiO3 + 2NaOH → Na4SiO4 + H2O

To var iegūt, reaģējot amorfam silīcija dioksīdam ar nātrija karbonātu:
 SiO2 + 2Na2CO3 → Na4SiO4 + 2CO2

Rūpnieciski šķidro stiklu iegūst, apstrādājot autoklāvā silīcija dioksīdu saturošus materiālus ar nātrija hidroksīda šķīdumu, vai sakausējot kvarca smiltis ar sodu.

Īpašības 

Karsējot virs 100 °C, no nātrija metasilikāta kristālhidrāta izdalās ūdens, bet jau pie 47 °C šis kristālhidrāts izšķīst savā kristalizācijas ūdenī. Ūdens šķīdumiem ir sārmaina reakcija (līdz pH 13).

Karstā ūdenī nātrija silikāti hidrolizējas:
 Na2SiO3 + (n+1)H2O → 2NaOH + SiO2·nH2O
 Na4SiO4 + (n+2)H2O → 4NaOH + SiO2·nH2O

Reaģē ar skābēm, veidojoties attiecīgo skābju nātrija sāļiem:
 Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + SiO2 + H2O
 Na4SiO4 + 4HCl → 4NaCl + SiO2 + 2H2O

Ar ogļskābo gāzi veido nātrija karbonātu:
 Na2SiO3 + CO2 → Na2CO3 + SiO2
 Na4SiO4 + 2CO2 → 2Na2CO3 + SiO2

Atdziestot nātrija silikātu kausējumiem, veidojas kristāliskas vielas, tomēr kopā ar kalcija silikātu šādi kausējumi veido amorfus, ūdenī nešķīstošus stiklus.

Izmantošana 
Nātrija metasilikāts ir šihtas komponents stikla rūpniecībā. To lieto arī pret uguni un skābēm izturīgu betona veidu ražošanā. Ar šķidro stiklu piesūcina audumus vai koksni, lai tie kļūtu ugunsizturīgi; to izmanto arī par līmi. Ja šķidrais stikls izžūst uz parastā stikla virsmas, tas neatgriezeniski kļūst matēts.

Pārtikas rūpniecībā nātrija silikātus lieto kā pretsalipes vielu E550.

Atsauces 

Nātrijs
Silikāti