ケイ酸


IUPAC名

ケイ酸
silicic acid
識別情報
J-GLOBAL ID200906086125683221
特性
化学式Si(OH)4
モル質量96.1149 g mol−1
密度1.576 g cm−3
酸解離定数 pKa9.86, 13.1
熱化学
標準生成熱 ΔfHo−1481.1 kJ mol−1
標準モルエントロピー So192 J mol−1K−1
関連する物質
その他の陰イオンリン酸; 硫酸; 過塩素酸; 炭酸; オルト炭酸
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

ケイ酸（ケイさん、珪酸、silicic acid）とは、化学式 [SiOx(OH)4−2x]n (例:ケイ酸ナトリウムはNa2SiO3)で表されるケイ素、酸素、水素の化合物の総称である。確認されているものとしては、オルトケイ酸 (H4SiO4)、メタケイ酸 (H2SiO3)、メタ二ケイ酸 (H2Si2O5) などがある。単にケイ酸と呼ぶ場合、メタケイ酸のことを示すことが多い。
例

ケイ酸は二酸化ケイ素(SiO2)に水(H2O)を加えたものであり、理論上はN個以上のケイ素について環状のものやシート状のものなど際限なく考えることが可能。[1]

オルトケイ酸
orthosilicic acid
monosilicic acid H 4 SiO 4 {\displaystyle {\ce {H4SiO4}}}
ピロケイ酸
pyrosilicic acid
disilicic acid H 6 Si 2 O 7 {\displaystyle {\ce {H6Si2O7}}}

メタケイ酸
metasilicilic acid H 2 SiO 3 {\displaystyle {\ce {H2SiO3}}}
メタ二ケイ酸
disilicic acid H 2 Si 2 O 5 {\displaystyle {\ce {H2Si2O5}}}

化学的性質

普通、オルトケイ酸などは単独で存在することは少なく、混合体となっていることが多い。
オルトケイ酸の単離は2017年に産業技術総合研究所のグループにより初めて報告された[2][3]。加水分解を避けるため、テトラベンジルオキシシランをアミド溶媒中においてパラジウム炭素により水素化分解することで、オルトケイ酸を96%の収率で合成できた。そして単離したオルトケイ酸は、テトラブチルアンモニウム塩共存下においてSi(OH)4の正四面体構造として存在することが示されている。
また、メタケイ酸は単純なH2SiO3分子ではなくSiO4四面体が鎖状または環状となった構造である。産業技術総合研究所のグループは、二量体、環状三量体、環状四量体の合成にも成功している。

ケイ酸ナトリウムなどのケイ酸アルカリの濃溶液に酸を加えると、白色無定形の膠状物体ができる。これをふつうケイ酸と呼び、二酸化ケイ素と水とが結合したものであるが、その水の割合は一定していない。

このケイ酸が凝固したものを乾燥空気中で放置し、さらに加熱乾燥させると順次水を失い、500 ℃ で二酸化ケイ素のキセロゲルとなる（シリカゲル）。この間、二酸化ケイ素 1モルに対して一定量の水が化合したと思われるものは存在しないから、このゲル状のケイ酸を一定の化学式で表すことは困難であるが、これらの塩から考えて、オルトケイ酸・メタケイ酸が存在すると考えられている。

ケイ酸は熱水、アルカリに溶け、また、冷水にはわずかに溶けるが、酸には溶けない。濃硫酸、無水エタノールにより脱水される。フッ化水素の作用でただちに分解されヘキサフルオロケイ酸H2[SiF6]を生成する。