Estructura y propiedades de los silicatos
Los silicatos son sales de los ácidos silícicos. Su estructura cristalina se basa en cadenas poliméricas de aniones $(SiO_3)^{2n-}$. El espacio entre estas extensas cadenas aniónicas está ocupado por cationes de los metales correspondientes, por ejemplo, iones de sodio.
Preste especial atención a la solubilidad de estos compuestos. En agua solo pueden disolverse los silicatos de metales alcalinos. La solución de silicato de sodio en la vida cotidiana y en la industria se suele denominar vidrio soluble.
En las soluciones acuosas de silicatos se produce un proceso de hidrólisis. En este caso, las cadenas poliméricas largas se descomponen en fragmentos más cortos. No obstante, la presencia de tales estructuras poliméricas determina la gran viscosidad de las soluciones. Un ejemplo clásico de este tipo de solución viscosa es el conocido pegamento de silicato, que consiste en una solución de silicato de sodio.
Ácidos silícicos y formación del gel de sílice
Si se añade un ácido a una solución de silicato de sodio, los ácidos silícicos débiles comienzan a precipitar. Es importante señalar que las formas insolubles de estos ácidos no forman un precipitado pulverulento o en copos típico. En su lugar, retienen agua y se transforman en un gel.
Entre todos los ácidos silícicos destaca el ácido ortosilícico ($H_4SiO_4$); es el único que posee solubilidad en agua. Sin embargo, su existencia es sumamente breve: es inestable y se polimeriza muy rápidamente según la siguiente ecuación:
$$nH_4SiO_4 = (H_2SiO_3)_n + nH_2O$$
Si el gel de ácidos silícicos formado se somete a calentamiento y se le elimina el agua, se forma gel de sílice, una forma activa de óxido de silicio. Gracias a su estructura, el gel de sílice es un potente adsorbente. Absorbe activamente los vapores de agua del aire circundante, por lo que se utiliza ampliamente como desecante en contenedores para el almacenamiento de instrumentos y productos sensibles a la humedad.
Producción de vidrio
Los silicatos se caracterizan por una gran estabilidad térmica. Esta propiedad es la base de la fabricación del vidrio. El proceso de obtención del vidrio consiste en fundir arena (óxido de silicio) con óxidos o carbonatos de diversos metales.
Al enfriarse, los silicatos fundidos se comportan de manera especial: no cristalizan, sino que pasan al estado amorfo, formando vidrio. Modificando el conjunto de silicatos en la mezcla inicial, se pueden obtener diferentes tipos de vidrio: desde vajillas y cristales de ventanas comunes hasta mosaicos de colores, lentes ópticas e incluso vidrios antibalas.
La composición química del vidrio de ventana común suele describirse de dos maneras:
- En forma de sales (silicatos): $Na_2SiO_3 \cdot CaSiO_3 \cdot 4SiO_2$
- En forma de un conjunto de óxidos (esta forma de representación es mucho más cómoda para realizar cálculos químicos): $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué aplicación encuentra el gel de sílice en la medicina y la farmacia?
El gel de sílice se utiliza como un adsorbente activo que absorbe los vapores de agua del aire. Durante el almacenamiento de dispositivos y productos sensibles a la humedad, se emplea para secar el aire en el interior de los contenedores. Además, el gel de sílice forma parte de la estructura final del cemento de ionómero de vidrio endurecido y rodea a las partículas de vidrio de aluminosilicato.
¿Qué tipos de cementos dentales se fabrican a base de silicatos?
A base de silicatos se fabrican varios tipos de cementos dentales utilizados para obturación y fijación.
- Cementos de silicato: materiales cuyo polvo contiene dióxido de silicio, lo que confiere transparencia y brillo a la obturación.
- Cementos silicofosfatos: representan una combinación de cemento de fosfato de zinc y cemento de silicato, ocupando una posición intermedia en cuanto a sus propiedades físico-químicas.
- Cementos de ionómero de vidrio: una clase de materiales modernos creados mediante la combinación de las propiedades de los sistemas de silicato y poliacrílico, que incluye en su estructura vidrio de aluminosilicato.
Para recordar la composición del vidrio de ventana en forma de óxidos ($Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$), utilice la regla «1-1-6»: un sodio, un calcio y seis de arena.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué la solución de silicato de sodio es viscosa?
La viscosidad de la solución (pegamento de silicato) se debe a la presencia en ella de cadenas poliméricas de aniones que, incluso con una hidrólisis parcial, conservan la longitud suficiente para espesar el líquido.
¿Cuál es la reacción de identificación de los silicatos?
Una reacción de identificación es la adición de cloruro de amonio ($NH_4Cl$) a una solución de silicato de sodio ($Na_2SiO_3$). En este proceso se intensifica la hidrólisis y se desprende gas amoníaco ($NH_3$) de olor penetrante.
¿Cómo se obtiene el gel de sílice a partir del ácido silícico?
Primero se obtiene un gel de ácidos silícicos insolubles y luego se calienta. El agua se evapora y queda la forma activa del óxido de silicio: el gel de sílice.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de polimerización del ácido ortosilícico
- Proceso de hidrólisis de los silicatos de metales alcalinos
- Diferencias en las propiedades de los silicatos cristalinos y amorfos
- Interacción del silicato de sodio con el cloruro de amonio (ecuación iónica)
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