Kwasy krzemowe

Kwasy krzemowe (tlenowe kwasy krzemu) – nieorganiczne związki chemiczne powstałe z połączenia krzemu, tlenu i wodoru o ogólnym wzorze chemicznym [SiO
x(OH)
4−2x]
n. Kwasy tlenowe krzemu otrzymuje się w reakcjach hydrolizy krzemianów.

Zestawienie niższych kwasów krzemowych[1]

  • kwas metakrzemowy, H
    2    SiO
    3    , CAS 7699-41-4
  • kwas ortokrzemowy (lub kwas krzemowy), H
    4    SiO
    4    , CAS 10193-36-9
  • kwas metadikrzemowy, H
    2    Si
    2    O
    5
  • kwas dikrzemowy (lub kwas pirokrzemowy), H
    6    Si
    2    O
    7    , CAS 20638-18-0

Otrzymywanie

Ditlenek krzemu jest bezwodnikiem kwasowym, jednakże nie ulega bezpośredniej reakcji z wodą. Uwodnienie SiO
2 udaje się przeprowadzić tylko okrężną drogą, np. przez stapianie go z NaOH w celu otrzymania dobrze rozpuszczalnych krzemianów sodu (np. ortokrzemianów sodu Na
4SiO
4). Produktem reakcji protolitycznych są kwasy krzemowe i polikrzemowe o różnym składzie, trudne do rozdzielenia. Pierwszym produktem jest kwas ortokrzemowy (H
4SiO
4), który wykazuje tendencję do odszczepiana cząsteczek wody i kondensowania z utworzeniem kwasów polikrzemowych.

Proces kondensacji

Kondensacja kwasu ortokrzemowego prowadzi nie tylko do wytworzenia prostych, ale także i rozgałęzionych łańcuchów. Przez wielokrotne powtórzenie tego procesu mogą się tworzyć nawet struktury trójwymiarowe. Procesowi kondensacji towarzyszy zatem tworzenie się coraz większych cząsteczek. Szybkość procesu kondensacji w bardzo dużym stopniu zależy od pH. Jest ona największa, gdy pH wynosi około 6-7 i wyraźnie maleje, jeśli kwasowość wzrasta lub się zmniejsza. Galaretowaty żel wydzielający się z roztworu w wyniku procesu kondensacji jest skomplikowaną mieszaniną kwasów polikrzemowych. Nie udaje się wydzielenie poszczególnych czystych kwasów krzemowych o określonym składzie chemicznym. Suszenie żelu kwasów polikrzemowych w powietrzu prowadzi do otrzymania żelu krzemionkowego – silikażelu

Rozpuszczalność kwasów krzemowych

Tylko najprostsze kwasy krzemowe tworzą roztwory rzeczywiste. Wyższe dają tylko roztwory koloidalne. Jeszcze wyższe wydzielają się w postaci galaretowatego osadu, przy czym cały roztwór może zakrzepnąć w żel.

Kwas krzemowy w żywności

Kwas krzemowy naturalnie występuje w żywności: zbożach, warzywach, owocach, piwie oraz wodach mineralnych[2]. Kwas krzemowy cechuje się wysoką biodostępnością – ok. 43% zostaje przyswojone przez organizm człowieka[3]. Kwas krzemowy uważany jest za najlepsze źródło krzemu dla człowieka[4]. Fakt, że krzem jest pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania organizmu (np. wpływa na utrzymanie odpowiedniego poziomu gęstości mineralnej kości[5]), a zawartość krzemu we współczesnej diecie się zmniejsza[2], opracowywane są suplementy diety wzbogacone w krzem. Jednak zastosowanie kwasu krzemowego do ich produkcji ogranicza efekt polimeryzacji. Przy stężeniu powyżej 0,1% molekuły kwasu krzemowego łączą się, tworząc kwas polikrzemowy o znacznie mniejszej przyswajalności. W celu zapobiegania polimeryzacji monomerów kwasu krzemowego opracowano kilka metod stabilizacji:

  • metylosilanotriol, MeSi(OH)
    3     (MMST, tzw. „krzem organiczny”) jest pochodną kwasu krzemowego, do której wprowadzono grupę metylową[6]
  • kwas krzemowy stabilizowany choliną (ch-OSA, choline-stabilised orthosilicic acid)[7]
  • kompleks kwasu krzemowego z waniliną (OSA-VC, orthosilicic acid-vanillin complex)[8]

Wszystkie trzy rodzaje są dopuszczone do stosowania w suplementach diety.

Przypisy

  1. ↑ Baza Reaxys.
  2. ↑ a b RavinR. Jugdaohsingh RavinR. i inni, Dietary silicon intake and absorption, „The American Journal of Clinical Nutrition”, 75 (5), 2002, s. 887–893, DOI: 10.1093/ajcn/75.5.887, PMID: 11976163  (ang.).
  3. ↑ Forrest H.F.H. Nielsen Forrest H.F.H., Update on the possible nutritional importance of silicon, „Journal of Trace Elements in Medicine and Biology”, 28 (4), 2014, s. 379–382, DOI: 10.1016/j.jtemb.2014.06.024  (ang.).
  4. ↑ K. VanK.V. Dyck K. VanK.V. i inni, Bioavailability of silicon from food and food supplements, „Fresenius’ Journal of Analytical Chemistry”, 363 (5–6), 1999, s. 541–544, DOI: 10.1007/s002160051243 .
  5. ↑ RavinR. Jugdaohsingh RavinR. i inni, Dietary silicon intake is positively associated with bone mineral density in men and premenopausal women of the Framingham Offspring cohort, „Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research”, 19 (2), 2004, s. 297–307, DOI: 10.1359/JBMR.0301225, PMID: 14969400  (ang.).
  6. ↑ Safety of organic silicon (monomethylsilanetriol, MMST) as a novel food ingredient for use as a source of silicon in food supplements and bioavailability of orthosilicic acid from the source, „EFSA Journal”, 14 (4), 2016, s. 4436, DOI: 10.2903/j.efsa.2016.4436  (ang.).
  7. ↑ Choline-stabilised orthosilicic acid added for nutritional purposes to food supplements, „EFSA Journal”, 7 (2), 2009, art. nr 948, DOI: 10.2903/j.efsa.2009.948 .
  8. ↑ MagedM. Younes MagedM. i inni, Safety of orthosilicic acid-vanillin complex (OSA-VC) as a novel food ingredient to be used in food supplements as a source of silicon and bioavailability of silicon from the source, „EFSA Journal”, 16 (1), 2018, art. nr e05086, DOI: 10.2903/j.efsa.2018.5086  (ang.).

Bibliografia

  • AdamA. Bielański AdamA., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, ISBN 978-83-01-13816-5 .* John DavidJ.D. Lee John DavidJ.D., Zwięzła chemia nieorganiczna, wyd. 4, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997, ISBN 83-01-12352-4 .
  • p
  • d
  • e
Kwasy beztlenowe
i ich analogi
kwasy tlenowcowodorowe
  • H
    2    S
    aq
  • H
    2    Se
    aq
  • H
    2    Te
    aq
  • H
    2    Po
    aq
kwasy halogenowodorowe
  • HF
    aq
  • HCl
    aq
  • HBr
    aq
  • HI
    aq
  • HAt
    aq
kwasy pseudohalogenowodorowe
Inne
  • HAuCl
    4
  • HAuBr
    4
  • HBF
    4
  • H
    2    PtCl
    6
  • H
    2    SiF
    6
  • HPF
    6
  • HSbF
    6
  • HAsF
    6
Kwasy tlenowe
grupa 6
  • H
    2    CrO
    4    /H
    2    Cr
    2    O
    7
  • H
    2    MoO
    4
  • H
    2    WO
    4
grupa 7
  • HMnO
    4
  • HTcO
    4
  • HReO
    4
grupa 13
  • HBO
    2
  • H
    3    BO
    3
grupa 14
  • H
    2    CO
    3
  • H
    4    SiO
    4    /H
    2    SiO
    3
grupa 15
  • HNO
    2
  • HNO
    3
  • HNO
    4
  • H
    3    PO
    2
  • H
    3    PO
    3
  • H
    3    PO
    4
  • HPO
    3
  • H
    4    P
    2    O
    6
  • H
    4    P
    2    O
    7
  • H
    3    AsO
    3
  • H
    3    AsO
    4
grupa 16
  • H
    2    S
    2    O
    4
  • H
    2    SO
    2
  • H
    2    SO
    3     ⇄ HSHO3
  • H
    2    S
    2    O
    2
  • H
    2    SO
    4
  • H
    2    S
    2    O
    7
  • H
    2    SO
    5
  • H
    2    S
    2    O
    8
  • H
    2    S
    2    O
    3
  • H
    2    S
    2    O
    6
  • H
    2    SeO
    3
  • H
    2    SeO
    4
  • H
    2    TeO
    3
  • H
    6    TeO
    6
grupa 17
  • HClO
  • HClO
    2
  • HClO
    3
  • HClO
    4
  • HBrO
  • HBrO
    2
  • HBrO
    3
  • HBrO
    4
  • HIO
  • HIO
    2
  • HIO
    3
  • HIO
    4
pochodne
  • HSO
    3    F
  • HSO
    3    Cl
  • H
    2    NSO
    3    H
  • HNOSO
    4
  • H
    2    CS
    3
  • H
    2    PO
    3    F
  • HPO
    2    F
    2
  • Kategoria:Kwasy nieorganiczne
  • Catalana: 0210831
  • DSDE: kiselsyre