Was ist Natriumsilikat?
Natriumsilikat ist die allgemeine Bezeichnung für die Natriumsalze der Kieselsäure.
Es ist in verschiedenen Zusammensetzungen erhältlich, darunter Na4SiO4, Na2Si2O5 und Na2Si4O9, aber Natriumsilikat wird gewöhnlich als Natriumsilikat, Na2SiO3, bezeichnet.
Natriumsilikat ist bei Raumtemperatur ein farbloser, kristalliner Feststoff, der in Wasser löslich ist. Seine konzentrierte wässrige Lösung ist reizend und wird als Wasserglas bezeichnet. Wenn man Salzsäure zu Wasserglas hinzufügt, erhält man Kieselsäure. Die Viskosität hängt vom Verhältnis von Kieselsäure zu Natrium ab.
Anwendungen von Natriumsilikat
Natriumsilikat wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Klebstoffen und Keramiken. Natriumsilikat wird aufgrund seiner hohen Sicherheit und geringen Umweltbelastung als Klebstoff bei der Herstellung verschiedener Papierprodukte wie Toilettenpapierhülsen und Karton verwendet.
In der Keramikindustrie kann die Beschichtung von Tassengriffen und anderen Teilen der Tasse vor der Befestigung an der Tasse mit Natriumsilikat Schäden durch Schaumbildung verhindern.
Natriumsilikat wird auch als Rostschutzmittel für Metalle verwendet. Das Metall reagiert mit dem Natriumsilikat und bildet eine Schicht aus Kieselsäure und Metalloxiden auf der Oberfläche des Metalls, die eine weitere Erosion verhindert.
Weitere Verwendungszwecke sind Zusatzstoffe in Seifen und Reinigungsmitteln, Baumaterialien und Gießereien. Zu den Derivaten von Natriumsilikat gehören Kieselgel, Zeolith und wasserfreie Kieselsäure.
Eigenschaften von Natriumsilikat
Wässrige Lösungen von Natriumsilikat sind schwach alkalisch und die Lösung ist bei einem pH-Wert von 10,2 und darüber stabil. Die Zugabe von Säure senkt den pH-Wert und erhöht die Viskosität aufgrund der Bildung von Siloxanbindungen.
Wässrige Lösungen von Natriumsilikat reagieren mit Schwermetallen und anderen Stoffen, was zu Ausfällungen führt. Diese Eigenschaft wird in der Abwasser- und Wasseraufbereitung häufig genutzt. Wird Natriumsilikat mit Alkohol, Phenol oder Aldehyd versetzt, dehydriert es und setzt Silikatgel frei.
Arten von Natriumsilikaten
Natriumsilikat ist ein Natriumsilikat, das im Allgemeinen als Na2O, nSiO2 und mH2O ausgedrückt wird. Je nach Verhältnis der drei Komponenten gibt es verschiedene Arten von Natriumsilikat mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften in glasartiger, kristalliner und wässriger Lösungsform. Industriell wird es mit SiO2/Na2O im Bereich von 0,5-4 hergestellt.
Zu den kristallinen Natriumsilikaten gehören Natriumorthosilikat (2Na2O-SiO2.xH2O), Natriumsesquisilikat (3Na2O-2SiO2.xH2O) und Natriummetasilikat (Na2O-SiO2.xH2O). Wässrige Lösungen (Wasserglas) sind auch in verschiedenen Verhältnissen von Na2O und SiO2 erhältlich, z. B. Nr. 1 und Nr. 2.
Struktur des Natriumsilikats
Die Struktur von Natriumsilikat variiert je nach Typ, besteht aber im Allgemeinen aus Silikat-Tetraedern, die über gemeinsame Sauerstoffatome verbunden sind und ein dreidimensionales Netzwerk aus Silizium- und Sauerstoffatomen bilden. In dieses Netz sind Natriumkationen eingebaut, die die Räume zwischen den Silikat-Tetraedern ausfüllen und die negative Ladung der Sauerstoffatome ausgleichen.
In wässriger Lösung liegen sie als verkettete Metasilikat-Ionen und nicht als Orthosilikat-Ionen vor. Mit abnehmender Natriumionenkonzentration kommt es zu Verzweigungen und Vernetzungen der Silikat-Ionen, so dass eine Netzwerkstruktur entsteht.
Weitere Informationen zu Natriumsilikat
1. Verfahren zur Herstellung von Natriumsilikat
Natriumsilikat (Wasserglas) kann im Trocken- oder Nassverfahren hergestellt werden.
Beim Trockenverfahren wird Quarzsand zunächst mit Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat vermischt und dann verschmolzen. Die entstandenen Scherben und das Wasser werden in einem Autoklaven aufgelöst, durch eine Filterpresse gefiltert und das Molverhältnis so eingestellt, dass Natriumsilikat entsteht.
Beim Nassverfahren werden Natriumhydroxid und Quarzsand in einem Autoklaven mit unter Druck stehendem Dampf zur Reaktion gebracht. Das Natriumsilikat wird anschließend filtriert und konzentriert.
2. Geschichte des Natriumsilikats
Natriumsilikat wurde erstmals in den 1820er Jahren wissenschaftlich anerkannt und ernsthaft erforscht. Der Deutsche von Fucks schlug seine Verwendung für Klebstoffe, Zement usw. vor. Ab 1920 begann die industrielle Produktion in den USA und in Europa, und es wurden Anwendungen entwickelt.