Kieselsuur

Die naam kieselsuur word vir die chemiese verbinding H₄SiO₄ (ortokieselsuur, die 'regtige' kieselsuur) gebruik, maar ook vir andere vorme soos metakieselsuur H₂SiO₃ wat maklik daaruit ontstaan.

Ortokieselsuur

Die ortokieselsuurmolekuul

Ortokieselsuur kan in lae konsentrasies in natuurlike water voorkom deur 'n reaksie van 'n suur, soos opgeloste koolstofdioksied met 'n aluminiumsilikaat soos veldspaat:

$Na_{2}CaAl_{4}Si_{8}O_{24}+4CO_{2}+14H_{2}O\to 4H_{4}Al_{2}Si_{2}O_{9}+Ca^{2+}+2Na^{+}+4HCO_{3}^{-}+4H_{4}SiO_{4}$

Ortokieselsuur is 'n swakke suur. Die waarde vir pK = 9.46 vir die eerste dissosiasie:

$H_{4}SiO_{4}\to H_{3}SiO_{4}^{-}+H^{+}$

Dit word ook dikwels geskryf as

$Si(OH)_{4}\to Si(OH)_{3}O^{-}+H^{+}$

In oseane kom kieselsuur as ortokieselsuur voor en word deur diatome en glassponse gebruik vir die opbou van hulle skelette.

Soute, gebaseer op hierdie suur word ortosilikate genoem. Talle minerale is (onoplosbare) ortosilikate.

Pirokieselsuur en metakieselsuur

Pirokieselsuur

In oplossings met hogere konsentrasies kan polimerisasie optree. Die eerste stap lei tot die vorming van die dimeer pirokieselsuur:

$OH^{-}+Si(OH)_{4}\to Si(OH)_{3}O^{-}+H_{2}O$

$Si(OH)_{3}O^{-}+Si(OH)_{4}\to (OH)_{3}Si-O-Si(OH)_{3}+OH^{-}$

Verdere polimerisasie lei tot

$...-O-Si(OH)_{2}-[O-Si(OH)_{2}]-O-Si(OH)_{2}-...$

Hierdie polimeer benader die stoigiometrie $H_{2}SiO_{3}$ en word metakieselsuur genoem.

'n Bekende sout van metakieselsuur is natriummetasilikaat of waterglas.

Sols en jels

Metakieselsuurjel gemaak uit waterglas en asynsuur

Die polimerisasieproses is 'n eliminasie van water (dehidratasie):

$nH_{4}SiO_{4}\to nH_{2}O+(H_{2}SiO_{3})_{n}$

Hiedie proses kan egter ook tot ringvorming lei, soos die tetrasiklo-vorm van metakieselsuur:

$4H_{4}SiO_{4}\to 4H_{2}O+(H_{2}SiO_{3})_{4}$

Daarom lei die polimerisasie nie tot 'n lineêre keten nie, maar tot die vorming van onreëlmatige aggregate met 'n SiO₂-skelet van tetrafunksionele dubbelvertakte SiO₄-eenhede wat -OH groepe bevat. 'n Aggregaat met 100 SiO₂-eenhede is ca. 2 nm groot. Kolloïedale suspensies van hierdie aggregate word "silikasols" genoem.

Verdere polimerisasie en uitstoot van water lei tot die vorming van "silikajels"