حمض السيليسيك

في الكيمياء ، يُعرف حمض السيليسيك ( يُلفظ / sɪˈlɪsɪk / ) بأنه أي مركب كيميائي يحتوي على عنصر السيليكون المرتبط بمجموعات الأكسيد ( ₌ O ) والهيدروكسيل ( -OH )، وله الصيغة العامة [ H₂ₓSiOₓ₊₂ ] _ₙ أو بصورة مكافئة ^{[ SiOₓ(OH)₄₋₂ₓ]ₙ. [1][2} ] _يُعد حمض الأورثوسيليسيك _{مثالًا نموذجيًا} . _لا تُلاحظ ^أحماض _{السيليسيك} ^{منفردة ،} _{ولكن يُعتقد} أنها موجودة في المحاليل المائية ، بما في ذلك مياه البحر ، وتلعب دورًا في التمعدن الحيوي . ^{[ 3 ]} وهي عادةً أحماض ضعيفة عديمة اللون قليلة الذوبان في الماء. وبحسب عدد ذرات السيليكون الموجودة، توجد أحماض أحادية السيليسيك وأحماض متعددة السيليسيك (ثنائية، ثلاثية، رباعية السيليسيك، إلخ) ^. على غرار أنيونات السيليكات ، التي تُعد قواعدها المرافقة الأكثر شهرة ، يُقترح أن تكون أحماض السيليسيك قليلة الوحدات أو متعددة الوحدات . وتُعد أحماض السيليسيك أحادية الوحدة ذات أهمية نظرية في المقام الأول، نظرًا لعدم تحديدها بشكل واضح باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية .

يمكن اعتبار أحماض السيليسيك أشكالاً مائية من السيليكا، وتحديداً: _{2H₂ₓSiOₓ +} 2 _{= SiO₂} · ( H₂O ) _ₓ . _في الواقع، في المحاليل المركزة، تتكاثف أحماض السيليسيك وتتحلل في النهاية إلى ثاني أكسيد السيليكون والماء . قد _تكون المراحل الوسيطة سوائل شديدة الكثافة أو مواد صلبة شبيهة بالهلام . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} يؤدي تجفيف هذه المواد الأخيرة إلى الحصول على شكل صلب شفاف من السيليكا ذي مسام على المستوى الذري، يُسمى هلام السيليكا ، والذي يُستخدم على نطاق واسع كمادة ماصة للماء وعامل تجفيف .

تذوب السيليكا بكميات ضئيلة جدًا في الماء ، وتوجد في مياه البحر بتراكيز تقل عن 100 جزء في المليون . في هذه المحاليل المخففة، يُفترض أن السيليكا توجد على شكل حمض الأورثوسيليسيك. تشير الحسابات النظرية إلى أن ذوبان السيليكا في الماء يتم عبر تكوين معقد SiO₂ · 2H₂O _، ثم حمض الأورثوسيليسيك _. ^{[ 7 ]}

الرابطة المزدوجة بين السيليكون والأكسجين في حمض الميتا سيليسيك ، والتي تشير إليها الصيغة H₂SiO₃ _، افتراضية أو غير مستقرة للغاية. يمكن أن تتحول هذه الروابط المزدوجة إلى زوج من مجموعات الهيدروكسيل ( -OH ) _{عن طريق التميه:} ^{[ 4 ]}

${\displaystyle {\ce {=Si=O + H2O <-> =Si(-OH)2}}}$

على سبيل المثال،

${\displaystyle {\ce {{\overset {metasilicic\ acid}{H2SiO3}}+H2O<->{\overset {orthosilicic\ acid}{H4SiO4}}}}}$

أو

${\displaystyle {\ce {{\overset {disilicic\ acid}{H2Si2O5}}+2H2O<->{\overset {pyrosilicic\ acid}{(H2O)3Si-O-Si(OH)3}}}}}$

بدلاً من ذلك، يميل حمض الميتا سيليسيك إلى تكوين بوليمرات حلقية [ −SiO(OH) _₂− ] _ₙ ، والتي يمكن فتحها عن طريق الإماهة لتكوين بوليمرات متسلسلة HO [ −SiO (OH) _₂− ] _ₙH . وبالمثل، يميل حمض ثنائي السيليسيك إلى تكوين بوليمرات معقدة ذات وحدة رباعية التكافؤ، _[ = Si₂O₃ ₍ OH) _₂ =] _ₙ . في المقابل، قد تتفكك الأحماض قليلة الوحدات والبوليمرية عن طريق تحلل جسور Si−O−Si ، أو قد تتكون هذه الجسور عن طريق التكثيف .

${\displaystyle {\ce {#Si-O-Si# + H2O <-> #Si-OH + HO-Si#}}}$

مثل السيليانولات العضوية ، تُعد أحماض السيليسيك أحماضًا ضعيفة. وقد حُسبت قيم جهد التفكك لحمض الأورثوسيليسيك عند درجة حرارة 25 _{درجة مئوية ، حيث} pKa1 = 9.84 و pKa2 = _13.2 .     

تتفاعل أحماض السيليسيك والسيليكات في المحلول مع أنيونات الموليبدات ، مُنتجةً مُركبات سيليكوموليبدات صفراء اللون . وقد استُخدم هذا التفاعل لمعايرة محتوى السيليكون في المحاليل المائية وتحديد طبيعتها. في تحضير نموذجي، وُجد أن حمض الأورثوسيليسيك الأحادي يتفاعل تمامًا في 75 ثانية، وحمض البيروسيليكيك الثنائي في 10 دقائق، بينما تستغرق الأولغومرات الأعلى وقتًا أطول بكثير. لا يُلاحظ هذا التفاعل مع السيليكا الغروية . ^{[ 8 ]}

يمكن تحديد درجة بلمرة أحماض السيليسيك في المحلول المائي من خلال تأثيرها على نقطة تجمد المحلول ( التبريد ). ^{[ 8 ]}

استعان يونس جاكوب بيرزيليوس بحمض السيليسيك في أوائل القرن التاسع عشر لتفسير ذوبان ثاني أكسيد السيليكون (السيليكا، الكوارتز) في الماء، وتحديداً من خلال تفاعل التميؤ :

${\displaystyle {\ce {{\overset {silica}{SiO2}}+{\overset {water}{H2O}<->{\overset {silicic\ acid}{H2SiO3}}}}}$

استنادًا إلى منحنيات ضغط بخار هلام السيليكا ، جادل رينوت ويليم فان بيميلين بأنه لا توجد هيدرات سيليكا ، وإنما هلام السيليكا فقط. من ناحية أخرى، اعتقد غوستاف تشيرماك فون سيسينيغ أنه لاحظ وجود أحماض سيليكية مختلفة كمنتجات تحلل لهلامات السيليكات الطبيعية . ^{[ 9 ]}

تم تحضير أول حمض سيليسيك بلوري من سيليكات الصوديوم الصفائحية ( Na₂Si₂O₅ ) عام _1924. ويُعرف أكثر من 15 حمضًا بلوريًا، تشمل ستة تعديلات على الأقل من _{H₂Si₂O₅} . _بعض هذه الأحماض قادر على امتصاص الجزيئات _{العضوية} وإدخالها بين طبقات _{السيليكا ،} ولذلك تُعد بدائل مثيرة للاهتمام للسيليكا . ^{[ 10 ]}

يمكن تحضير أحماض السيليسيك البلورية عن طريق إزالة كاتيونات الصوديوم من محاليل سيليكات الصوديوم باستخدام راتنج التبادل الأيوني ، أو عن طريق معالجة سيليكات الصوديوم بحمض الكبريتيك المركز . ^{[ 10 ]}

• حمض البوريك