Szkło wodne

Szkło wodne
Szkło wodne to stężony roztwór metakrzemianu sodu Na2SiO3 (używana jest również sól potasowa). Powstaje ono przez rozpuszczenie krzemionki (np. piasku) w roztworze wodorotlenku sodu:  

Szkło wodne to właściwie mieszanina soli rozmaitych kwasów krzemowych o różnym stopniu polimeryzacji. Stosowane jest jako impregnat (np. do ochrony ścian przed wilgocią, jako zabezpieczenie przeciwpożarowe), składnik kitów i mas uszczelniających, do produkcji tworzyw silikonowych, a także jako dodatek do żywności zapobiegający zbrylaniu (E 550). Szkło wodne, dostępne w sprzedaży, może zostać użyte przy przeprowadzeniu kilku efektownych doświadczeń (ponieważ jest gęstą cieczą o konsystencji syropu, stosuje się rozcieńczone wodą w proporcji 1:1).

W pierwszym eksperymencie wytrącimy mieszaninę kwasów krzemowych. Do przeprowadzenia próby użyjemy roztworów: szkła wodnego i chlorku amonu NH4Cl oraz papierków wskaźnikowych do zbadania odczynu (fotografia 1).

Szkło wodne jako sól słabego kwasu i mocnej zasady w roztworze wodnym jest w znacznym stopniu zhydrolizowane i wykazuje odczyn zasadowy (fotografia 2). Do zlewki z roztworem szkła wodnego wlewamy roztwór chlorku amonu (fotografia 3) i zawartość mieszamy (fotografia 4). Po chwili powstaje galaretowata masa (fotografia 5), będąca mieszaniną kwasów krzemowych:

(właściwie SiO2?nH2O ? powstają kwasy krzemowe o różnym stopniu uwodnienia).

Mechanizm przebiegającej w zlewce reakcji, przedstawionej powyższym sumarycznym równaniem, jest następujący:

a) metakrzemian sodu w roztworze dysocjuje i ulega hydrolizie:

b) jony amonowe reagują z jonami wodorotlenowymi:

Ponieważ jony wodorotlenowe zużywane są w reakcji b), równowaga reakcji a) zostaje przesunięta w prawo i w efekcie dochodzi do wytrącenia kwasów krzemowych.

W drugim doświadczeniu wyhodujemy ?chemiczne rośliny?. Do przeprowadzenia eksperymentu potrzebne będą roztwory: szkła wodnego oraz soli metali ? żelaza(III), żelaza(II), miedzi(II), wapnia, cyny(II), chromu(III), manganu(II).

Eksperyment rozpoczynamy od wprowadzenia do probówki kilku kryształków soli chlorku żelaza(III) FeCl3 oraz roztworu szkła wodnego (fotografia 6). Po chwili ze znajdującego się na dnie osadu zaczynają wyrastać brunatne ?rośliny? (fotografie 7, 8, 9), utworzone z nierozpuszczalnego metakrzemianu żelaza(III):

Również sole pozostałych metali umożliwiają otrzymanie efektownych wyników:

  • miedzi(II) ? fotografia 10
  • chromu(III) ? fotografia 11
  • żelaza(II) ? fotografia 12
  • wapnia ? fotografia 13
  • manganu(II) ? fotografia 14
  • cyny(II) ? fotografia 15

Mechanizm przebiegających procesów oparty jest na zjawisku osmozy, czyli przenikania małych cząsteczek przez pory błon półprzepuszczalnych. Tworzące się osady nierozpuszczalnych krzemianów metali powstają w postaci cienkiej warstwy na powierzchni wprowadzonej do probówki soli. Przez pory utworzonej błony przenikają cząsteczki wody, powodując rozpuszczanie soli metalu znajdującej się pod nią. Powstający roztwór rozpycha błonkę aż do jej rozerwania. Po wylaniu się roztworu soli metalu zachodzi ponowne wytrącanie osadu krzemianu ? cykl powtarza się i ?chemiczna roślina? wzrasta.

 
Umieszczając w jednym naczyniu mieszaninę kryształów soli różnych metali i zalewając ją roztworem szkła wodnego, możemy wyhodować cały ?chemiczny ogródek? (fotografie 16, 17, 18).

Zdjęcia