На сьогодні відомо 23 різновиди природного кремнезему, які залежно від походження по своїх властивостях дуже відрізняються між собою. Науково обґрунтовано існування 6 різновидів кремненезему: кварц, коесит, кристобаліт, тридиміт, стишовіт і аморфний кремнезем, всі інші – модифікації цих форм, число яких, наприклад, для кристобаліту і тридиміту сягає 9. Виходячи з цього, можна зрозуміти причини багатоманітності сполук силіцію.

По хімії кремнезему є декілька фундаментальних праць, серед яких звернемо увагу на монографії Р.К. Айлера і О.О. Чуйка [30,31].

Розчинність аморфного кремнезему не перевищує 0,0012 %, інших форм, особливо кварцу ще на 1-2 порядки менша. Залежно від умов (to,p) ці процеси можна активізувати. Взаємодія по схемах:

і дає змогу отримувати сполуки – похідні кремнієвих кислот: мета кремнієвої – H2SiO3 (n=m=1, див. Вступ), двометакремнієвої - H2Si2O5 (n=2, m=1), ортокремнієвої – H4SiO4 (n=1, m=2) і кислоти H6SiO7 (n=2, m=3). Звичайно, основною формою існування в розчинах являється H4SiO4, K1=3•10-10 , K2=2•10-12 . В результаті її полімеризації по загальній схемі:

HOSi(OH)2O-+HOSi(OH)2[OSi(OH)2]nOH=

= HOSi(OH)2[OSi(OH)2]n+1OH+OH- і т.д. (2.20)

можуть утворюватися полікремнієві кислоти різного складу, які можна розглядати як неорганічні полімери. Цим шляхом користуються при виробництві осаджених форм синтетичного кремнезему через так зване рідке скло.

Гідратовані форми кремнезему дають змогу отримати солі гетеро-полікислот типу H2[Si(Mo2O7)6], чи з радикалами W2O7 і ін., тобто похідні SiO2•4H2O.

Силікати алюмінію, магнію і т.д. також часто можуть проявляти унікальні властивості (азбести, слюди, нефрити, топази і т.п.). Особливу групу алюмосилікатів утворюють цеоліти, які можна синтезувати з Na2SiO3, NaAlO2 i NaOH. У вигляді кристалів чи глобул (мал. 2.1) з однорідними отворами діаметром від 3 до 13Ао вони можуть виконувати роль “молекулярних сит” в багатьох процесах розділення і очистки речовин, оскільки їх структуру і розміри можна в принципі регулювати для досягнення потрібної селективності, тобто придатності саме для вирішення даної конкретної задачі. Цілком протилежною природою володіють пірогенні кремнеземи (мал. 2.2). Це непористі правильної кулястої форми частинки аморфного кремнезему колоїдних розмірів, що не перевищує в діаметрі 40-50 нм, які завдяки наявним на поверхні силанольним групам =Si-OH утворюють водневі чи інші зв’язки та формують вторинну структуру у вигляді ланцюжкових утворень. Саме завдяки цьому такі препарати силіцій діоксиду здатні до різноманітних взаємодій з фрагментами вин чи інших напоїв, сприяючи їх освітленню і стабілізації від наступних помутніть. Таким чином оброблені напої, як багатокомпонентні системи, стають на тривалий час агрегативно-стійкими.

Плазмохімічна технологія одержання синтетичного діоксиду силіцію з хімічно чистих вихідних продуктів дає змогу отримувати препарати з контрольованими властивостями.

Надлишок води, що утворюється при згоранні водню, і висока температура 1400:

H2+O2>2H2O (2.21)

забезпечують не тільки потрібну швидкість хімічних перетворень хлорсиланів (SiCl4,Si2OCl6) з утворенням силандіолів Si(OH)2Cl2 та їх похідних, але й поліконденсацію їх у вигляді твердої фази (SiO2)n•mH2O.

Хлористий водень, що побічно утворюється в процесі гідролізу зв’язків ?Si?Cl, частково окислюється: 4HCl+O2>2Cl2+2H2O і разом з іншими газоподібними продуктами виділяється від високодисперсних частинок SiO2 і утилізується з одержанням товарних продуктів.

Раніше запропонована (Фуко, Готто) схема хімічних перетворень при високотемпературному гідролізі SiCl4 підтверджує складність ідентифікації всіх проміжних продуктів цього процесу:

В спрощеному вигляді процес можна представити як:

nSiCl4+2nH2O=nSi(OH)4+nHCl

Si(OH)4>SiO2+2H2O

Особливість одержання активної добавки Si-5O на основі силіцій (IV) оксиду полягає у використанні гексахлордисилоксану в якості вихідної сировини, що разом зі створенням відповідних умов протікання технологічного процесу, дає змогу отримати продукти з відносно невисоким ступенем гідроксилювання поверхні. Такий продукт має відмінний порівняно з аеросилами гідрофільно-гідрофобний баланс при взаємодії поверхні його частинок з колоїдними частинками, що є в освітлювальній рідині. Важливою також є можливість впровадження в структуру поверхневого шару частинок SiO2 катіонів інших металів, зокрема Al і Ti, що можуть надавати у водних розчинах позитивний заряд поверхні частинок і таким чином справляти електростатичний вплив на колоїдні частинки зависі, пришвидшуючи їх випадання в осад.

2.2.2. Технологічна схема одержання пірогенного SiO2

Схема одержання вихідного адсорбенту у вигляді продукту Si-5O або його модифікацій приведена на (рис.2.3.) включає збірники (1,4), випарники (2,5), змішувач (3), спалюючий пристрій (6) з кільцевим манжетом для стабілізації горіння полум’я, реактор (7), коагулятор-холодиотник (8) і десорбер (9). Схема дає змогу отримувати складні оксидні системи у вигляді алюмо – і титаноаеросилів. При необхідності модифікування не самої матриці SiO2 а лише її поверхні, іони-модифікатори вводяться безпосередньо у воднево-кисневе полум’я через тороїдальне кільце (10) і таким чином потрапляють лише в поверхневий шар, утворених частинок SiO2.

Після охолодження і коагуляції продукт відділяється від хлористого водню і хлору, очищається на стадії десорбції за рахунок високої температури і обробки водяними парами в “киплячому” шарі. Показник pH для 4%-вої водної суспензії такого SiO2 змінюється від 2,5-2,7 до 4,0-4,3. Тобто концентрація водневих іонів зменшується від 0,00178 до 0,000060-0,000050 грам-іонів в 1 л. Це підтверджує близькість до концентрації H+ в напоях, які плануються до обробки, що убезпечує їх від підкислення і таким чином дає змогу уникнути електролітичного фактора впливу на коагуляцію колоїдів.

Залучення, крім традиційних хімічних методів аналізу, інших фізико-хімічних і фізичних методів дали змогу не тільки розібратися у якісно відмінних реакційно здатних центрів поверхні аморфного силіцій (IV) оксиду, але кількісно оцінити різні за активністю силанольні групи та інші форми води, присутні на його поверхні, в різних взаємодіях. Цікаві результати вдалося отримати суміщаючи спектральні та гравіметричні дослідження на одних і тих зразках діоксиду силіцію.

За рахунок