水ガラスやシリカゲルの製法まとめ！化学反応式の作り方！

こんにちは。

懐かしい、水ガラスとシリカゲルに到るまでの反応式を徹底的に写経して覚えようとしていた、若かりし僕。

何度も何度も書き写しながら、頭に叩き込んだ日々でした。ですが、今思えば、覚えなくても作ればいいだけでした。

水ガラスやシリカゲルの製法を丸暗記で覚えるのはあまりにも非効率的だ！

水ガラスやシリカゲルの製法を徹底的に解説していきます。化学反応式を覚えられなかった人は、作ることができればOKですので、ぜひこの記事でマスターしていってください。

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。Na₂SiO₃aq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や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、

SiO₂の部分が共有結合の結晶なのでSiO₃^2-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。

意外と間違えやすいんですが、SiO2って分子式じゃないですからね。組成式なんです。組成式は割合を表しているだけなんです。そもそもSiO2と言う分子はありません。

なぜならSi-Oは共有結合だからです。

このようにSi-O-Si-O・・・・ってずっと結合が続いており、割合的に考えるとSiO2なのです。だから、SiO2は水に溶けにくいのです。だからここで一工夫必要になってきてしまうんです。

シリカゲルとは？

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。

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。

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。

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、

シリカゲルが出来ます。

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。

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！