Ортокремниевая кислота - Orthosilicic acid

Ортокремниевая кислота
Orthosilicic acid-3D-balls.png
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.030.421 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 233-477-0
UNII
Характеристики
ЧАС4О4Si
Молярная масса96.113 г · моль−1
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Ортокремниевая кислота это химическое соединение с формулой Si (ОН)
4. Он был синтезирован с использованием неводные растворы. Предполагается, что он присутствует, когда диоксид кремния (кремнезем) SiO
2 растворяется в воде на уровне миллимолярной концентрации.

Вступление

Период, термин кремниевая кислота традиционно использовался как синоним за кремнезем, SiO2. Строго говоря, кремнезем - это ангидрид ортокремниевой кислоты, Si (OH)4.

Si (ОН)4 ⇌ SiO2↓ + 2H2О

В растворимость Содержание диоксида кремния в воде сильно зависит от его кристаллической структуры. Растворимость аморфного кремнезема при давлении паров растворов от 0 до 250 ° C определяется уравнением

бревно C = −731/Т + 4.52

куда C - концентрация кремнезема в мг / кг и Т абсолютная температура в кельвинах.[1] Это соответствует максимальной растворимости около 2 ммоль / л при температуре окружающей среды. Попытки получить более концентрированные растворы приводят к образованию силикагель.[2] Поскольку концентрация ортокремниевой кислоты в воде настолько мала, соединения, присутствующие в растворе, не были полностью охарактеризованы. Линус Полинг предсказал, что кремниевая кислота будет очень слабой кислотой.[3]

Si (ОН)4 ⇌ Si (ОН)3О− + H+

Ситуация изменилась в 2017 году, когда мономер ортокремниевой кислоты был получен гидрогенолиз тетракис (бензоилокси) силана, (Si (OCH2C6ЧАС5)4, в растворе в диметилацетамид или родственные растворители. Кристаллическая структура этого соединения была определена Рентгеновская кристаллография. Нейтронная дифракция также использовался для определения местоположения атомов водорода. Дисиликоновая кислота был синтезирован гидрированием его гексакис (метилфенокси) производного, (CH3C6ЧАС4O)3SiOSi (OC6ЧАС4CH3)3. Циклическая трисиликоновая кислота, Si3О3(ОЙ)6 и циклическая тетрасиликоновая кислота, Si4О4(ОЙ)8 были синтезированы вариациями этого метода.[4]

Благодаря этим новым открытиям термин кремниевая кислота стало неоднозначным: помимо традиционного использования в качестве синонима кремнезема, SiO2, теперь его можно использовать для соединения Si (OH)4. В этой статье сохранено традиционное употребление цитат из цитируемых публикаций, в которых оно используется.

Производная Si (OH)3F был охарактеризован в водных растворах, содержащих кремниевую кислоту и фторид ион.

Si (ОН)4 + F− ⇌ Si (ОН)3F + OH−

Фторид Ионоселективный электрод был использован для определения его константа стабильности.[5]

Кремниевая кислота океаническая

В самом верхнем слое воды поверхность океан недонасыщен по отношению к растворенному кремнезему, за исключением Антарктическое циркумполярное течение к югу от 55 ° южной широты. Концентрация растворенного кремнезема увеличивается с увеличением глубины воды и вдоль конвейерной ленты из Атлантики через Индию в Тихий океан.[6][7]

  • Концентрация растворенного кремнезема в верхней части пелагическая зона.[8]

  • Концентрация растворенного кремнезема на глубине 10 м.[9][10]

  • Концентрация растворенного кремнезема на глубине 1000 м.[9][10]

Теоретические расчеты показывают, что растворение кремнезема в воде начинается с образования SiO
2·2ЧАС
2О комплекс, который превращается в ортокремниевую кислоту.[11]

Биогеохимический цикл кремнезема регулируется водоросли известный как диатомеи.[12][13] Эти водоросли полимеризовать кремниевая кислота до так называемого биогенный кремнезем, который используется для построения их клеточные стенки (называется панцири ).[14]

Растения и животные

Вне морской среды соединения кремния имеют очень небольшую биологическую функцию. Небольшие количества кремнезема абсорбируются из почвы некоторыми растениями, а затем выводятся в виде фитолиты.[15]

Подкожные инъекции растворов ортокремниевой кислоты (около 1%) в мышей оказались причиной местных воспаление и отек. Перитонеальный уколы 0,1мл свежеприготовленной кислоты часто приводили к летальному исходу. Токсичность заметно снижалась по мере старения раствора до такой степени, что после того, как раствор превратился в гель, он не оказывал никакого воздействия, кроме механического. Растворы были одинаково токсичными при введении внутривенная инъекция, но приправленные или гелеобразные растворы были так же токсичны, как и свежие.[2]

Исследование соотношения алюминий и Болезнь Альцгеймера Включена способность кремниевой кислоты в пиве снижать поглощение алюминия пищеварительной системой, а также увеличивать выведение алюминия почками. [16][17]

Холин -стабилизированная ортокремниевая кислота (ch-OSA) представляет собой пищевая добавка. Было показано, что он предотвращает потерю прочности на растяжение человеческих волос;[18] положительно влияет на поверхностные и механические свойства кожи, на ломкость волос и ногтей;[19] уменьшить синдром ломкости ногтей;[20] для частичного предотвращения потери бедренной кости у пожилых овариэктомированные крысы;[21] для увеличения концентрации коллагена у телят;[22] и иметь потенциально благоприятный эффект на образование коллагена в костях женщин с остеопенией.[23]

Рекомендации

  1. ^ Фурнье, Роберт О.; Роу, Джек Л. (1977). «Растворимость аморфного кремнезема в воде при высоких температурах и высоких давлениях» (PDF). Американский минералог. 62: 1052–1056.
  2. ^ а б Gye, W. E .; Парди, У. Дж. (1922). "Ядовитые свойства коллоидного кремнезема. I: Эффекты парентерального введения больших доз". Британский журнал экспериментальной патологии. 3 (2): 75–85. ЧВК  2047780.
  3. ^ Полинг, Линус (1960). Природа химической связи (3-е изд.). Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. п.557.
  4. ^ Игараси, Масаясу; Мацумото, Томохиро; Ягахаши, Фудзио; Ямасита, Хироши; Оххара, Такаши; Ханасима, Такаясу; Накао, Акико; Мойош, Такето; Сато, Кадзухико; Шимада, Сигеру (2017). «Неводный селективный синтез ортокремниевой кислоты и ее олигомеров». Nature Communications. 8 (1): 140. Bibcode:2017НатКо ... 8..140I. Дои:10.1038 / s41467-017-00168-5. ЧВК  5529440. PMID  28747652.
  5. ^ Чаватта, Либерато; Юлиано, Мауро; Порту, Рафаэлла (1988). «Фторсиликатные равновесия в растворе кислоты». Многогранник. 7 (18): 1773–1779. Дои:10.1016 / S0277-5387 (00) 80410-6.
  6. ^ Цифры здесь были составлены с использованием интерактивного веб-сайта, который использует годовые значения DSi от ЛЕВИТ94: Атлас Мирового океана 1994 г., атлас объективно проанализированных полей основных параметров океана в годовом, сезонном и месячном масштабах времени.. Заменено WOA98. Отредактировал Сид Левитус.
  7. ^ "Атлас Мирового океана 1994".
  8. ^ Информация, Министерство торговли США, Национальные экологические центры NOAA. «Атлас Мирового океана 2009». www.nodc.noaa.gov. Получено 17 апреля 2018.
  9. ^ а б Цифры здесь были составлены с использованием интерактивного веб-сайта, который использует годовые значения DSi от ЛЕВИТ94: Атлас Мирового океана 1994 г., атлас объективно проанализированных полей основных параметров океана в годовом, сезонном и месячном масштабах времени.. Заменено WOA98. Отредактировал Сид Левитус.
  10. ^ а б "Атлас Мирового океана 1994".
  11. ^ Мондал, Бхаскар; Гош, Дипанвита; Дас, Абхиджит К. (2009). «Термохимия реакции образования кремниевой кислоты: Прогнозирование нового пути реакции». Письма по химической физике. 478 (4–6): 115–119. Bibcode:2009CPL ... 478..115M. Дои:10.1016 / j.cplett.2009.07.063.
  12. ^ Сивер, Р. (1991). Кремнезем в океанах: биогеологическое взаимодействие. В: Schneider, S.H., Boston, P.H. (ред.), Ученые на Гайе, MIT Press, Кембридж, Массачусетс, США, стр. 287-295.
  13. ^ Трегер, П., Нельсон, Д. М., Ван Беннеком, А. Дж., ДеМастер, Д. Дж., Лейнарт, А. Кегинер, Б. (1995). «Баланс кремнезема в мировом океане: переоценка». Наука. 268 (5209): 375–379. Bibcode:1995Научный ... 268..375T. Дои:10.1126 / science.268.5209.375. PMID  17746543. S2CID  5672525.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  14. ^ Дель Амо, Ю., и М. А. Бжезинский. 1999. Химическая форма растворенного Si, усваиваемого морскими диатомовыми водорослями. J. Phycol. 35: 1162-1170. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1529-8817.1999.3561162.x/abstract
  15. ^ Снайдер, Г. (2001). «Методы анализа кремния в растениях, почвах и удобрениях». Исследования в области растениеводства. 8: 185–196. Дои:10.1016 / S0928-3420 (01) 80015-X.
  16. ^ Эксли С., Корчажкина О., Иов Д., Стрекопытов С., Полварт А., Crome P (2006). «Неинвазивная терапия для снижения нагрузки алюминия на организм при болезни Альцгеймера». Дж. Альцгеймерс Дис. 10 (1): 17–24, обсуждение 29–31. Дои:10.3233 / jad-2006-10103. PMID  16988476. S2CID  10817452.
  17. ^ Гонсалес-Муньос MJ, Peña A, Meseguer I (2008). «Роль пива как возможного защитного фактора в предотвращении болезни Альцгеймера». Food Chem. Токсикол. 46 (1): 49–56. Дои:10.1016 / j.fct.2007.06.036. PMID  17697731.
  18. ^ Wickett RR, Kossmann E, Barel A, et al. (2007). «Влияние перорального приема ортокремниевой кислоты, стабилизированной холином, на прочность на разрыв и морфологию волос у женщин с тонкими волосами». Arch. Дерматол. Res. 299 (10): 499–505. Дои:10.1007 / s00403-007-0796-z. PMID  17960402. S2CID  37258319.
  19. ^ Барел А., Каломм М., Тимченко А. и др. (2005). «Влияние перорального приема ортокремниевой кислоты, стабилизированной холином, на кожу, ногти и волосы у женщин с фотоповрежденной кожей». Arch. Дерматол. Res. 297 (4): 147–53. Дои:10.1007 / s00403-005-0584-6. PMID  16205932. S2CID  59944678.
  20. ^ Шейнфельд Н., Дахда М.Дж., Шер Р. (2007). «Витамины и минералы: их роль в здоровье и болезнях ногтей». J Drugs Dermatol. 6 (8): 782–7. PMID  17763607.
  21. ^ Calomme M, Geusens P, Demeester N и др. (2006). «Частичная профилактика долговременной потери бедренной кости у старых овариэктомированных крыс с добавкой ортокремниевой кислоты, стабилизированной холином». Calcif. Tissue Int. 78 (4): 227–32. Дои:10.1007 / s00223-005-0288-0. PMID  16604283. S2CID  19175032.
  22. ^ Calomme MR, Vanden Berghe DA (1997). «Дополнение телят стабилизированной ортокремниевой кислотой. Влияние на концентрации Si, Ca, Mg и P в сыворотке крови и концентрацию коллагена в коже и хрящах». Biol Trace Elem Res. 56 (2): 153–65. Дои:10.1007 / BF02785389. PMID  9164661. S2CID  6162455.
  23. ^ Спектор Т.Д., Каломм М.Р., Андерсон С.Х. и др. (2008). «Добавка стабилизированной холином ортокремниевой кислоты в качестве дополнения к кальцию / витамину D3 стимулирует маркеры костеобразования у женщин с остеопенией: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование». BMC Musculoskelet Disord. 9: 85. Дои:10.1186/1471-2474-9-85. ЧВК  2442067. PMID  18547426.