Il silicato di sodio, comunemente noto come "bicchiere da acqua", è prominente a causa dell'ampia applicazione commerciale e industriale. È spesso composto da uno scheletro polimerico ossigeno-silicio che ospita acqua nei pori della matrice molecolare. I prodotti a base di silicato di sodio sono fabbricati come solidi o liquidi densi, a seconda dell'uso previsto. Ad esempio, il waterglass funge da sigillante nei componenti metallici. Infine, sebbene la produzione di silicato di sodio sia un'industria matura, sono in corso ricerche per nuove applicazioni date le sue proprietà di conduzione del calore.
Composizione molecolare
Il silicato di sodio è un polimero silicio-ossigeno contenente componenti ionici di sodio (Na+). Tale disposizione molecolare è diversa dai tipici materiali ionici come il sale, che si basa su unità di formula unite dall'attrazione elettrica. Al contrario, il silicato di sodio è simile alla plastica a base di carbonio poiché i legami silicio-ossigeno-silicio tra ciascun monomero sono covalenti. La natura simile al polimero della matrice di silicato di sodio e il carattere polare degli atomi di ossigeno e sodio consentono il legame delle molecole d'acqua all'interno della matrice polimerica. Pertanto, i prodotti di silicato di sodio esistono spesso negli allotropi idrati. (Wells, "Chimica inorganica strutturale").
Sintesi
Uno schema di sintesi per la sostanza prevede una combinazione di carbonato di sodio (Na2CO3) e biossido di silicio (SiO2) in condizioni sufficienti per fondere entrambi i reagenti. Il silicato di sodio viene prodotto con questo metodo con un'efficienza sufficiente per essere di uso commerciale. (Greenwood, "La chimica degli elementi")
Proprietà fisiche
Le proprietà fisiche delle sostanze a base di silicato di sodio le rendono molto attraenti per l'uso commerciale/industriale. Liquidi e solidi a base di silicato di sodio e prodotti da PQ Corporation hanno una densità da 1,6 g/cm cubo. a circa 1,4 g/cm cubo. Si noti inoltre che le tabelle dei dati contengono informazioni sullo stato osservato di ciascun prodotto in condizioni moderate. I prodotti di silicato di sodio esistono come solido bianco e una varietà di liquidi con proprietà visibilmente diverse. Le differenze nelle condizioni di reazione e nei metodi di produzione portano a prodotti in vetro ad acqua limpidi, opachi e "sciropposi". (PQ, "Silicati di sodio. Prodotti e specifiche")
Uso
L'uso varia a seconda del metodo di produzione, della qualità del prodotto e dell'agente di presa. Ad esempio, la società Schundler elenca vari usi per i prodotti a base di silicato di sodio in "Applicazione di compositi perlite/silicato". A causa della struttura molecolare del silicato di sodio che incorpora idrati, il bicchiere d'acqua funziona come un sigillante attivato da un riscaldamento sufficiente. Se è necessario sigillare una crepa in un macchinario metallico, il "vetro liquido" di silicato di sodio versato penetra in ogni fessura della frattura. Dopo il riscaldamento a circa 200 gradi Fahrenheit, le molecole d'acqua nella matrice di silicato di sodio evaporano, lasciando un sigillante duro e fragile. (Schundler, "Compositi di silicato per l'isolamento ad alta temperatura")
Ricerca
Si stanno studiando prodotti a base di silicato di sodio per la dissipazione del calore. Come afferma la pubblicazione citata, i dispositivi elettronici sono limitati, tra l'altro, dal calore generato dalla corrente elettrica. A meno che un conduttore elettronico non sia perfetto (un superconduttore), viene generato calore. Sebbene individualmente molto piccolo, l'effetto cumulativo di circuiti elettronici densi è sufficiente per minacciare l'integrità fisica dei componenti. Al fine di dissipare il calore in modo più efficiente nell'ambiente, è allo studio il silicato di sodio. Sono state studiate varie interfacce termiche, spessore del dissipatore e pressione del dissipatore per facilitare un'ulteriore miniaturizzazione elettronica. (SUNY, "Interfaccia termica silicato di sodio")