泡花碱结构及其理化性能.doc

泡花碱结构及其理化性能张立新(内蒙古伊克昭化工研究设计院摘要本文从泡花碱原子、分子结构出发,分析了泡花碱的物理化学性质,解释了一些泡花碱生产中的现象,为泡花碱的生产实践提供一定的理论依据。前言泡花碱是一种重要的硅化工产品,它不仅可以直接使用,而且可以进行深加工,形成系列产品,在国民经济的各个领域具有广泛的用途,发展前景广阔。泡花碱生产工艺简单,投资较少,我国一些地区竞相发展,生产厂家星罗棋布,大有遍地开花之势。其中大部分是由个人经营的,规模小,档次低,质量差。我国虽有半个多世纪生产、使用泡花碱的历史,但对它的系统研究却很不够,有关文献甚少,加之一些厂家的技术封锁,都极大地阻碍了人们对泡花碱的科学认识,特别是在一些人当中还存在着一些传统的、模糊的、甚至错误的认识,影响了生产的发展和产品质量、经济效益的提高。本文试图从其原子、分子结构的角度出发,分析其物理、化学性质及其对生产工艺条件的影响,就教于同行专家。1 泡花碱原子、 原子电子层结构 11Na:1Sz2Sz2Pb3S1 8O:1Sz2Sz2P4 14Si: 分子结构Si原子与O原子结合成键时,首先Si原子的3S电子受激发跃迁到3P空轨道上进行等性杂化,形成四个键能、键角及电子自旋方向都相等的SP3杂化轨道。因为杂化轨道和未杂化轨道相比,电子云在空间的伸展方向发生了变化,相应电子云分布更集中,更有利于满足轨道最大程度的重叠。所以杂化轨道的成键能力强于未杂化的各类原子轨道,这是泡花碱分子结构的特殊性之一。四个SP3杂化轨道与四个氧原子的未成对电子以键的形式相结合形成共价键;同时因为氧原子的电负性很大,所形成的Si—O键为极性共价键,氧原子的一边带负电荷,与Na+离子以离子键的形式相结合。 空间几何构型Si—O键的成键特性决定了它的空间几何构型为正四面体型,四个氧原子占据正四面体的各个顶点,Si原子位于正四面体的中心,形成正四面体的基本结构单元“SiO4-4,这些基本结构单元可以通过不同的方式结合成链状、环状、层状及立方网格结构的阴离子。如图1〔1〕92 内蒙古石油化工第24卷图1 SiO4-4形成的空间几何构型图这些阴离子通过金属钠离子把它们连接起来,SiO4-4正四面体通过共用不同的氧原子数而形成不同的硅氧基团的阴离子。如:SiO4-4、Si2O2-7、Si3O6-9、O-、Si6O12-18等,泡花碱是这些不同硅氧基团阴离子和钠离子结合成的硅酸盐。所以泡花碱是一种多硅酸钠的混合物,我们平时化验分析所测得的模数只是SiO2与Na2O比例的一个平均数值,这就是我们无法根据模数来确定硅酸钠准确分子式的原因。高模数泡花碱只是代表含硅量高的硅酸钠占的比例较多,同样低模泡花碱只是代表含硅量低的硅酸钠占的比例较多,所以在实践中,我们可以将高模数和低模数泡花碱按适当的比例相混合,调节到我们所需要的模数范围。2 水解反应泡花碱属强碱弱酸性的盐,水解产物多硅酸又较难电离,所以水解反应较强烈,反应式如下:Na2OnSiO2+yH2O 2NaOH+nSiO2(y-1H2O〔2〕在实践中我们发现低模数泡花碱容易水解,而浓度高时却不利于水解反应的发生,这是因为低模数泡花碱相应Na2O含量较高,在水溶液中硅酸根离子易溶解出来与水发生水解反