ケイ素酸ソダ

外観

無色～わずかにうすい褐色, 澄明の液体

種類

ケイ酸ナトリウムはナトリウムのケイ酸塩であり、一般的にはNa₂O、nSiO_2、mH₂Oで表されます。3成分の比率に応じて、ガラス質・結晶質・水溶液の形で物理的、化学的性質が異なる種々のケイ酸ナトリウムが存在します。工業的には、SiO₂/Na₂Oが0.5〜4の範囲で製造されています。

結晶性のケイ酸ナトリウムは、オルソケイ酸ナトリウム (2Na₂O・SiO₂・xH₂O) 、セスキケイ酸ナトリウム (3Na₂O・2SiO₂・xH₂O) 、メタケイ酸ナトリウム (Na₂O・SiO₂・xH₂O) などがあります。水溶液 (水ガラス) も1号、2号など、Na₂OとSiO₂の比率を変えた商品が販売されています。

性質

ケイ酸ナトリウムの水溶液は弱いアルカリ性を示します。pH10.2以上で溶液は安定となります。酸を添加するとpHが低下し、シロキサン結合生成が進んで粘度が上昇します。

ケイ酸ナトリウムの水溶液は重金属などと反応して、沈殿を生じます。この性質を利用して、汚水処理や水処理などに広く利用されています。ケイ酸ナトリウムにアルコールや、アルデヒドなどを添加すると、脱水してケイ酸ゲルを遊離します。

定義

本品は、ケイ酸のナトリウム塩である。

歴史

ケイ酸ナトリウムが科学的に認知され、本格的に研究され始めたのは1820年代頃です。ドイツ人のvon Fucksが接着剤やセメントなどに用いることを提案しました。1920年以降はアメリカやヨーロッパで工業生産が始まり、用途展開していきました。

解説

ケイ酸のナトリウム塩。ケイ酸ナトリウムは，種々の組成のものが知られている。最もふつうにはメタケイ酸ナトリウムNa2SiO3をさす。石英粉末を炭酸ナトリウムと1000℃で共融すると無水和物が得られ，新しく沈殿させた二酸化ケイ素を計算量の水酸化ナトリウムと反応させると水和物が得られる。無水和物は無色斜方晶系の結晶。融点1088℃。水に容易に溶け，水溶液は加水分解して強いアルカリ性を示す。水溶液からはNa2SiO3の各種の水和物が得られる。

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構造

ケイ酸ナトリウムの構造はその種類によって異なりますが、一般的にはケイ酸四面体が共有酸素原子を介して結合し、ケイ素と酸素原子の三次元ネットワークを形成しています。ナトリウム陽イオンがネットワークに組み込まれ、ケイ酸塩四面体の間の空間を満たし、酸素原子の負電荷のバランスをとります。

水溶液中ではオルトケイ酸イオンではなく、鎖状のメタケイ酸イオンとして存在します。ナトリウムイオン濃度が低下すると、ケイ酸イオンに分岐や架橋が生じて網目構造が生じます。

化粧品の成分用途

pH調整剤、腐蝕防止剤、緩衝剤

説明

Sodium silicate, 2Na2OSiO2, is the simplest form of glass. It is found as lumps of greenish glass soluble in steam under pressure, white powders of varying degrees of solubility, or liquids cloudy or clear. It is noncombustible; however, when the powdered form is suspended in air, it could cause a dust explosion if an ignition source is present. Breathing the dust may also cause health problems. The glass form could also create a hazard to responders in an accident. It is not listed as a hazardous material in the DOT Hazardous Materials Tables. The primary uses are as catalysts, soaps, adhesives, water treatment, bleaching, waterproofing, and flame retardant.

化学的特性

Sodium silicate,NA2Si03 also known as a liquid glass, silicate of soda, sodium metasilicate, and soluble glass, is a grayish-white crystalline powder that has a melting point of 1088 °C (1990 °F). It is soluble in water and has strong detergent and emulsifying properties. Sodium silicate is used to fireproof textiles, insulate electric wire, protect wood and porous stone, grease proof paper containers, and as a catalyst in refining high-octane gasoline.

使用

Sodium Silicate is a product used as a preservative for eggs.

定義

ChEBI: An inorganic sodium salt having silicate as the counterion.

使用用途

ケイ酸ナトリウムはや陶芸など様々な場面で使用されています。ケイ酸ナトリウムは安全性が高く環境への負担も少ないことから、トイレットペーパーの芯や段ボールなどの様々な紙製品の製造過程で接着剤として使用されています。

陶芸においてはカップに取り付ける前のカップハンドルなどをケイ酸ナトリウムでコーティングすることで発泡による破損を防ぐことができます。

ケイ酸ナトリウムは、金属の防錆剤としても利用されます。金属とケイ酸ナトリウムが反応し、金属の表面にケイ酸および金属酸化物の層を生じ、それ以上の侵食を防止します。

その他には、石鹸や洗剤の添加剤、建材、鋳物などに用いられます。また、ケイ酸ナトリウムの誘導体としては、シリカゲル、、無水ケイ酸などが挙げられます。

工業用途

Sodium silicate (liquid silicate, metso or sodium silicate beads) has the general formula Na₂SiO₃. The liquid silicates (“O” and “N” brand) are clear, thick liquids, while silicate powder is a granular, white substance. Sodium silicate is a mixture of sodium or potassium salts. Sodium silicates are primarily used in mineral flotation practice.

毒性学

Aqueous solutions of Sodium Silicate species are a part of a chemical continuum of silicates based on an equilibrium of alkali, water, and silica. This compound, administered orally, is readily absorbed from the alimentary canal and excreted in the urine. Dogs fed 2.4 g/kg/day of Sodium Silicate for 4 weeks had gross renal lesions but no impairment of renal function. It was a severe eye irritant in some eye irritation studies but was irritating or nonirritating in others. A skin freshener containing Sodium Silicate was nonirritating. Rats given Sodium Silicate (600 and 1200 ppm of added silica) in the drinking water in reproductive studies produced a reduced number of offspring: 67% of controls at 600 ppm and 80% of controls at 1200 ppm[1].

製造方法

ケイ酸ナトリウム (水ガラス) の製造方法は、乾式法と湿式法があります。

乾式法では、まず珪砂ともしくはを混合し、熔解します。得られたカレットと水をオートクレーブ中で溶解し、フィルタープレスにて濾過し、モル比を調整することでケイ酸ナトリウムが得られます。

湿式法では、水酸化ナトリウムと珪砂をオートクレーブにて、加圧蒸気を吹き込み反応させます。その後、濾過、濃縮をして、ケイ酸ナトリウムが得られます。

純化方法

Sodium silicate solution [1344-09-8] pK 1 9.51, pK 2 11.77 (for silicic acid, H4S i O4) Purify by contact filtration with activated charcoal.

参考文献

[1] Elmore, Amy R. “Final report on the safety assessment of potassium silicate, sodium metasilicate, and sodium silicate.” International Journal of Toxicology 24 Suppl 1 (2005): 103–17.