Kieselsüür

De Kieselsüren billt en cheemsch Stoffgrupp. Dat is de Beteken för de Suerstoffsüern vun’t Silizium mit de allgemenen Summenformel [SiO_x(OH)_4-2x]_n. As Summenformel warrt faken ok SiO₂ · n H₂O schreven, dat Water is bi de Kieselsüren aver keen Kristallwater, man, dat kann blots dör en cheemsch Reakschoon afsplitt warrn un billt sik ut konstitutschonell bunnen Hydroxylgruppen.

De eenfachste Kieselsüür is de Monokieselsüür (Orthokieselsüür) mit de Formel Si(OH)₄, wat en bannig swacke Süür is mit pK_s1 = 9,51 un pK_s2 = 11,74. Se neeg to Kondensatschoon. Afsplitten vun Water föhrt to Verbinnen as Dikieselsüür (Pyrokieselssür) mit de Formel (HO)₃Si-O-Si(OH)₃ un Trikieselsüür (HO)₃Si-O-Si(OH)₂-O-Si(OH)₃. Zyklische, also ringförmige, Kieselsüren sünd ünner annern Cyclotrikieselsüür un Cyclotetrakieselsüür mit de allgemeen Summenformel [Si(OH)₂-O-]_n. Polymeren warrt mitünner as Metakieselsüür (H₂SiO₃, [-Si(OH)₂-O-]_n) betekent. Wenn disse neddermolekularen Kieselsüüren wieter kondenseert, billt sik amorphe Kolloiden (Kieselsol).

De waterarmeren Produkten vun de Orthokieselsüür warrt allgemeen tohopenfaat ünner den Begreep Polykieselsüren. Dat formale Endprodukt vun’t Waterafsplitten is dat Anhydrid vun de Kieselsüür, neemlich dat Siliziumdioxid. De Solten vun de Kiselsüür heet Silikaten. Technisch bruukte oder produzeerte Alkalisolten warrt faken as Waterglääs betekent.

In’n düütschen Spraakruum warrt faken Kieselsüren mit de Kieselsüüranhydriden glieksett, dat is aver cheemsch verkehrt. Technisch wunnen Kolloiden (pyrogen Kieselsüren), fossile Sedimenten (Kieselgur), de natürlichen Panzers vun de Kieselalgen un sünnere Glääs (Kieselglas) künnt all mit de Summenformel SiO₂ beschreven warrn. Dat heet, dat sünd all Siliziumdioxiden, de as Produkt vun en cheemsche Reakschoon ut de Monokieselsüür opfaat warrn.

Vörkamen

Monokieselsüren kamt in all Watters vör, so ok in Drinkwater oder in de Fletigkeiten in’n Lief vun Bester un Planten. In gröttere Mengden warrt Kieslsüren vör allen vun de Kieselalgen bruukt, de dorut jemehrn Panzer opboot. De Verbruuk vun Kieselsüür dör biologische Vörgäng warrt wedder utgleken dör Regen- un Sickerwater, dat dör de Schichten vun’n Bodden dörgeiht un dorbi Silikaten ut de Boddenmineralen rutlöst. Dör de Kieselsüür entstaht ok Fossilen dör Verkieseln, wat ünner annern to’n Billn vun versteenert Holt föhrt.

Dorstellen

Monokieselsüren billt sik dör Hydrolys vun Siliziumhalegoniden as to’n Bispeel Siliziumtetraflourid oder Siliziumtetrachlorid un Hydrolys vun Tetraalkoxysilanen, t. B. Tetramethoxysilan

$\mathrm {SiF_{4}\ +\ 4\ H_{2}O\ \longrightarrow \ Si(OH)_{4}\ +\ 4\ HF}$

In waterige Suspensionen vun amorph, dispers SiO₂ billt sik langsom Monokieselsüür. Bi 25 °C löst sik ungefähr 120 mg SiO₂ in’n Liter:

$\mathrm {SiO_{2}\ _{(s)}\ +\ 2\ H_{2}O\ \rightleftharpoons \ Si(OH)_{4}\ _{(aq)}}$

Kieselsüür billt sik’t Ümsetten vun Waterglaslösen mit Mineralsüren. Bi technische Verfohren warrt an Steed vun MIenralsüren Kationenuttuuscher bruukt.

$\mathrm {Na_{4}SiO_{4}\ _{(aq)}\ +\ 4\ H_{2}SO_{4}\ _{(aq)}\ \rightleftharpoons \ Si(OH)_{4}\ _{(aq)}\ +\ NaSO_{4}\ _{(aq)}}$

Kondensaten

Bi sure oder basische Bedingen warrt Monokieselsüür in en exotherme, intermolekulare Kondensatschoonsreakschoon ümwannelt to Disiekselsüür ([1]), Trikieselsüür un in de wieteren Folg to Polykieselsüren. De Waterafsplitten warrt bi pH > 2 dör Deprotoneeren ([2]) un bi pH < 2 dör Protoneeren ([3]) katalytisch inleidt. Bi pH = 8 - 9 is de Reakschoon gau un de Kondensatschoon verlöpt in Minuuten bit Sekunnen. $\mathrm {[1]\ (HO)_{3}Si-OH\ +\ HO-Si(OH)_{3}\ \longrightarrow \ (HO)_{3}Si-O-Si(OH)_{3}\ +\ H_{2}O}$

$\mathrm {[2]\ (HO)_{3}SiO^{-}\ +\ Si(OH)_{4}\longrightarrow \ (HO)_{3}Si-O-Si(OH)_{3}\ +\ OH^{-}}$

$\mathrm {[3]\ (HO)_{3}SiOH\ +\ (HO)_{3}Si(OH_{2})^{+}\longrightarrow \ (HO)_{3}Si-O(H)^{+}-Si(OH)_{3}\ +\ H_{2}O}$

$\mathrm {\longrightarrow \ (HO)_{3}Si-O-Si(OH)_{3}\ +\ H_{3}O^{+}}$

Elk Si-OH-Grupp hett dat Bestreven, en Si-O-Si-Binnen to billn. Blangen ringbillend un kedenvertwiegend Kondensatschonen föhrt dreebinnige un veerbinnige Si-Eenheiten to en Vernetten vun de Keden. De Kondensatschoonsreakschonen lopt ahn Orden af. Dorbi billt sik kugelförmige, nich kristalline – also amorphe – Polykieselsüren. Disse Deelken leegt nich mehr as Lösen vör, man se billt in de waterigen Phaas en Kolloid mit Deelkendörmeter twüschen 5 - 150 nm. Wenn de Polykieselsüürdeelken groot noog sünd, warrt de Suspension melkig drööv.

Dat gifft sünnere technische Verfohren, de disse Deelken bestännig maakt gegen en wietere Vernetten. Dat Produkt warrt as Kieselsol betekent. Ahn dat Stabiliseeren neegt de Deelken wieter dorto ahn Orden anenanner backen to blieven. De Deelken billt poröös Aggregaten mit Hollrüüm, de mit Water füllt sünd. In en Öllernvörgang „versmölt“ de Polykieselsüürdeelken dör ne’e Si-O-Si-Binnen inenanner. Solk bestännigen Strukturen warrt as Kieselgelen betekent, wovun dat Silikagel en technisch perfekschoneert Produkt vun disse Struktur dorstellt. Allgemeen heet disse Produkten Fällkieselsüren oder utfällt Kieselsüren. De Aggregaten leegt in Pulverform vör, hebbt en lütte Schüttdicht un en hoge spezifische Bavenflach. Wenn för disse Aggregaten en Waterandeel angeven warrt, denn is dormit – in’n Gegensatz to Kieselsüren – physikalsch (dör Adsorpschoon) bunnen Water meent.

Toxikologie

För pyrogene un nattfällte Kieselsüren gifft dat blots den nich op sünnere Stoffen betogenen Stoffgrenzweert (Arbeitssteedgrenzweert) vun 4 mg/m³. Anners as de Stööv vun Mineralien as vun Quarz un Christobalit, besteiht för de amorphen Produkten keen Verdacht, dat se Lungenkrankheiten (Silikoos) utlösen doot.

Verwennen vun Fällkieselsüren

• Folien för Batterieseperaters
• Tosätz to Reifen, Schohsahlen un annere Gummiprodukten to’n Hoochsetten vun de Afrievfastigkeit un Verbetern vun Rullwedderstand un Nattrutschverhollen.
• Tosätz, de dat Fleetverhollen vun Fodermiddel, Suppen- un Drinkpulvers to verbetern.
• Pulver in Füerlöschers.
• Schuumhinnerer in Waschmiddel.
• Beschichten vun Tintendruckerpapeer, üm dat Drögen gauer un den Druck beter to maken
• Proteinadsorber bi’t Beerherstellen.
• Tosätz för Lackfarven in’t Holt- un Autobinnenrebeet, üm den Lack matt to maken.
• Helpmiddel, üm dat Filtreeren vun Fletigkeiten beter to maken.