Krzemian sodu, powszechnie znany jako „szkło wodne”, ma duże znaczenie ze względu na szerokie zastosowanie komercyjne i przemysłowe. Często składa się z szkieletu polimeru tlenowo-krzemowego zawierającego wodę w porach matrycy molekularnej. Produkty z krzemianu sodu wytwarzane są w postaci stałej lub gęstej cieczy, w zależności od przeznaczenia. Na przykład szkło wodne działa jako uszczelniacz w elementach metalowych. Wreszcie, chociaż produkcja krzemianu sodu to dojrzały przemysł, trwają badania nad nowymi zastosowaniami, biorąc pod uwagę jego właściwości przewodzenia ciepła.
Skład cząsteczkowy
Krzemian sodu jest polimerem krzemowo-tlenowym zawierającym składniki jonowe sodu (Na+). Taki układ cząsteczek różni się od typowych materiałów jonowych, takich jak sól, która opiera się na jednostkach wzoru połączonych przez przyciąganie elektryczne. W przeciwieństwie do tego krzemian sodu jest podobny do tworzyw węglowych, ponieważ wiązania krzem-tlen-krzem między każdym monomerem są kowalencyjne. Polimerowy charakter matrycy z krzemianu sodu oraz polarność atomów tlenu i sodu pozwala na wiązanie cząsteczek wody w matrycy polimerowej. Dlatego produkty z krzemianu sodu często występują w alotropach wodnych. (Wells, „Strukturalna chemia nieorganiczna”).
Synteza
Schemat syntezy substancji obejmuje połączenie węglanu sodu (Na2CO3) i dwutlenku krzemu (SiO2) w warunkach wystarczających do stopienia obu reagentów. Krzemian sodu jest wytwarzany tą metodą z wydajnością wystarczającą do zastosowania komercyjnego. (Greenwood, „Chemia pierwiastków”)
Właściwości fizyczne
Właściwości fizyczne substancji na bazie krzemianu sodu sprawiają, że są one bardzo atrakcyjne do zastosowań komercyjnych/przemysłowych. Ciecze i ciała stałe na bazie krzemianu sodu i produkowane przez PQ Corporation mają gęstość od 1,6 g/cm3. do około 1,4 g/cm3. Należy również zauważyć, że tabele danych zawierają informacje o obserwowanym stanie każdego produktu w umiarkowanych warunkach. Produkty z krzemianu sodu występują w postaci białego ciała stałego i różnych cieczy o wyraźnie różnych właściwościach. Różnice w warunkach reakcji i metodach wytwarzania prowadzą do przezroczystych, nieprzezroczystych i „syropowatych” produktów ze szkła wodnego. (PQ, „Krzemiany sodu. Produkty i specyfikacje")
Posługiwać się
Zastosowanie różni się w zależności od metody produkcji, gatunku produktu i środka wiążącego. Na przykład firma Schundler wymienia różne zastosowania produktów z krzemianu sodu w „Zastosowaniu kompozytów perlitowo-krzemianowych”. Ze względu na strukturę molekularną krzemianu sodu zawierającą hydraty, szkło wodne działa jak szczeliwo aktywowane przez wystarczające ogrzewanie. Jeśli pęknięcie w metalowej maszynerii wymaga uszczelnienia, „szkło płynne” z nalanego krzemianu sodu przedostaje się do każdej szczeliny pęknięcia. Po podgrzaniu do około 200 stopni Fahrenheita cząsteczki wody w matrycy krzemianu sodu odparowują, pozostawiając twarde, kruche szczeliwo. (Schundler, „Kompozyty krzemianowe do izolacji wysokotemperaturowych”)
Badania
Produkty z krzemianu sodu są badane pod kątem wykorzystania rozpraszania ciepła. Jak stwierdza cytowana publikacja, urządzenia elektroniczne ograniczone są m.in. ciepłem wytwarzanym przez prąd elektryczny. O ile przewodnik elektroniczny nie jest doskonały (nadprzewodnik), wytwarzane jest ciepło. Choć indywidualnie bardzo mały, skumulowany efekt gęstych obwodów elektronicznych wystarcza, aby zagrozić integralności fizycznej komponentów. W celu skuteczniejszego odprowadzania ciepła do środowiska badany jest krzemian sodu. Badane są różne interfejsy termiczne, grubość rozpraszacza i ciśnienie rozpraszacza, aby ułatwić dalszą miniaturyzację elektronów. (SUNY, „Termiczny interfejs krzemianu sodu”)