ВОДОРАСТВОРИМЫЕ СИЛИКАТЫ
Несмотря на то что прошло свыше 25 лет с момента издания двухтомной монографии Вейла [1] по растворимым силикатам, эта книга все еще остается первоисточником технической и промышленной информации в данной области. Однако целесообразно представить обзор некоторых успехов, достигнутых с тех пор в химии растворимых силикатов, из которых в основном получаются кремнеземные коллоиды и гели.
До настоящего времени силикат - и полисиликат-иоцы не изучены достаточно хорошо. Основное различие между полисиликат-ионами и очень небольшими отрицательно заряженными частицами коллоидного кремнезема, вероятно, заключается лишь в терминологии. Раньше казалось, что растворы силикатов щелочных металлов, полученные растворением в воде натриевого (или калиевого) силикатного стекла, безусловно, отличаются от золей коллоидного кремнезема, стабилизированного незначительным количеством щелочи. Силикатные растворы приготовлялись растворением силикатных стекол, имевших отношения Si02: Na20 (модуль) меньше, чем 4:1. Поскольку такие стекла не растворяются, если содержат больше кремнезема или меньше щелочи, то силикатные растворы с отношениями, превышающими 4: 1, ранее не применялись.
С другой стороны, когда исследователи научились приготовлять частицы кремнезема различных размеров, то обнаружилось, что более мелкие частицы могли быть стабилизированы в виде золей при добавлении дополнительного количества щелочи. Так, частицы размером 5 нм стабилизировались при отношении 25 : 1. Однако все попытки получить концентрированные растворы с еще меньшими по размеру частицами и с отношениями в интервале от 25 : 1 до 4 : 1 приводили к жела - тинизации смесей, когда в качестве щелочи использовался гидроксид натрия. Затем было найдено, что подобные растворы можно было приготовлять при использовании других щелочей, и, таким образом, получались растворы, содержащие-частицы золя размерами от 5 нм и менее, вплоть до молекулярных.
Растворы в указанной области будем называть в данной книге «полисиликатами», подразумевая, что образовавшиеся полианионы одновременно могут трактоваться и как очень небольшие заряженные частицы.
Дальнейшее изучение этого вопроса упростилось, когда было признано, что ионы натрия необычны с точки зрения того влияния, которое они оказывают на поведение системы в процессе гелеобразования. Приготовленные в этой промежуточной области отношений растворы, содержавшие основания калия, лития или тетраметиламмония, как было доказано, являлись •более стабильными по отношению к процессам загущения и гелеобразования. Другими стабилизирующими систему веществами оказались гуанидин и комплекс меди с этилендиамином,
В течение прошедших 50 лет коренным образом изменились воззрения о природе кремнезема, находящегося в обычных щелочных силикатных растворах с отношениями SiC>2: Na20 от 2 : 1 до 4 : 1. Сходство физических свойств вязких, «тягучих» растворов растворимых силикатов с растворами линейных органических полимеров давало повод в некоторых случаях предполагать, что вязкие силикатные растворы должны были содержать линейные полимеры с высокими молекулярными массами. (Такое представление имело место, несмотря на тот очевидный факт, что концентрированные растворы или сиропы сахара, т. е. вещества с низкой молекулярной массой, также оказываются очень вязкими.) Более того, быстрое гелеобразование в силикатных растворах при добавлении кислоты, по-видимому, поддерживало идею о том, что механизм образования геля по аналогии с органическими полимерными системами включал стадию поперечной сшивки уже существовавших к этому моменту линейных полимеров. Развитие таких теоретических представлений, применимых к органическим полимерам и ошибочно используемых при рассмотрении растворимых силикатов, может задержать выявление правильной интерпретации неорганической системы. Полимерные линейные силикатные разновидности, безусловно, в растворе встречаются, но онн не очень вытянуты, а механизм полимеризации совершенно иной, чем в любой органической системе.