水ガラスやシリカゲルをの製法まとめ!反応式の作り方!

水ガラス シリカゲル 反応式 作り方

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水ガラス、シリカゲルの生成反応を解説していきます。

 

 

 

この水ガラス、シリカゲルですが反応式を暗記する迷走受験生が大量発生します。

水ガラス ケイ酸 シリカゲル 

まあ、当時の俺なんだけども、、、、

 

 

というのも、なんとかNa2SiO3までの反応式を全力で覚えようと何回も写経しました。

 

 

確かに脳トレには写経は良いかもしれませんが、入試的に見ると時間の無駄なので全力で避けていきましょう。反応式を作るのは肘王に簡単です。

 

水ガラスとは?

そもそも水ガラスとは何かと言うと、ケイ酸ナトリウム溶液のことです。

Na2SiO3ということです。

 

 

つまり濃ケイ酸ナトリウム溶液です。

そしてこのケイ酸ナトリウムは粘性が非常に高いです。

 

 

 

ちなみにケイ酸ナトリウムはイオン結晶ですが、NaClはCaCl2のようなイオン結晶より遥かに水に溶けるのが遅いです。

それは、

ケイ酸ナトリウム 水ガラス

SiO2の部分が共有結合の結晶なのでSiO3が共有結合で繋がっていて、1つの分子ではないのです。

 

 

これより、巨大分子であるため、なかなか水に溶けないので粘性を持つのです。

 

 

シリカゲルとは?

シリカゲル ケイ酸
このようにお菓子とかによく入っていて、乾燥剤として使われるのがシリカゲルです。

 

 

ケイ酸ナトリウムが強酸からH+を受け取りケイ酸(H2SiO3)になります。このとき乾燥させたものをシリカゲルと言います。

シリカゲル ケイ酸
シリカゲルは、このような構造を取っていて、多孔質な網目構造と言われます。

 

 

シリカゲルは乾燥剤としてつかえたり、H2OやNH3をすいとる吸着剤としてもつかわれます。

二酸化ケイ素からケイ酸ナトリウムを生成

まずこの水ガラスやシリカゲルを作る原料は、石英やケイ砂などのSiO2です。

石英 SiO2 シリカゲル 水ガラス
そしてこれとNaOHやNa2CO3のような塩基と反応させてケイ酸ナトリウムを生成します。

 

 

そしてここでポイントがあります。

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O

SiO2+Na2CO3→Na2SiO3+CO2

という反応が起りますが、

 

 

 

これは意外と反応式を書くときに迷う事があります。なので、ここだけでなく、酸化物に共通して使える方法があります。

 

 

それが、まず水と反応させるというテクニックです。

 

 

まずSiO2とH2Oを反応させます。

 

 

SiO2+H2O→H2SiO3

これで非金属の酸化物なので水酸化物になると酸になります。

 

 

H2SiO3+2NaOH→Na2SiO3+2H2O

という反応を足します。するとH2Oの数とかで悩む事も無くなります。

 

 

そして、出来上がったNa2SiO3がケイ酸ナトリウムです。

ケイ酸ナトリウムから水ガラスを生成

先ほどのケイ酸ナトリウムに水を加えて熱する事で無色透明で粘性がスゴい液体が出来ます。

水ガラス ケイ酸ナトリウム
このようにめちゃくちゃ粘性がスゴすぎてコップを傾けても流れ出しません。これを水ガラスと言います。

 

ちなみに、水ガラスは空気中に放置しておくと空気中の二酸化炭素と反応して、弱酸遊離反応が起こり、ケイ酸になります。

 

 

H2O+CO2→H2CO3

Na2SiO3+H2CO3→Na2CO3+H2SiO3

となります。

ケイ酸ナトリウムからシリカゲルを生成

次にこの水ガラスの水溶液からシリカゲルを作っていきます。

水ガラス シリカゲル
手順はこのようになります。

 

 

水ガラスを弱酸遊離してケイ酸を取り出します。

Na2SiO3+2HCl→2NaCl+H2SiO3

 

 

このケイ酸は、共有結合でどんどん繋がっていくので、白色のゲル状の沈殿となります。

 

 

そして、こいつを加熱する事によって、

シリカゲル ケイ酸
シリカゲルが出来ます。

シリカゲル ケイ酸

シリカゲルと言うのはこのような構造になっています。

 

 

Si-OH HO-Siが脱水してSi-O-Siの反応が起ります。

 

 

これによって、Siの正四面体状に結合する事から、立体的な網目状の構造、そして多孔質な状態と言う事になります。

 

シリカゲル ケイ酸

そして、水素結合で水やアンモニアを吸着する事から、吸着剤としても使われます。

 

 

このようにしてシリカゲルは作られます。また決してシリカゲルの反応式を覚えたりして貴重な時間を使わないようにしてください!

 

 

それでは!

 

 

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