§ 10. Анализ силикатов и алюмосиликатов

Силикатами называют соли кремневых кислот. Известно огромное число силикатов разнообразного состава и строения.

Основным структурным элементом силикатов являются тетраэдры, образуемые атомами кремния с четырьмя атомами кислорода.

К алюмосиликатам относят такие силикаты, в которых кремний в кремнийкислородных тетраэдрах частично замещен алюминием. Простейшим соединением подобного рода является алюмокремневая кислота .

Трудности, возникающие при определении химического состава и строения силикатных соединений, связаны с тем, что большинство из этих соединений не переходит в раствор без разложения и не всегда может быть очищено от сопутствующих примесей.

Их состав и строение удается установить лишь при сочетании химических, физических и физико-химических методов анализа (рентгено-структурного, электронографического, термического, инфракрасной спектроскопии и т. п.).

Кроме кремния, алюминия и кислорода, в состав природных силикатов и алюмосиликатов входят также .

Важнейшими природными силикатами являются силикаты и гидросиликаты магния, кальция, железа и алюминия.

Анализ силикатов начинают с их растворения. По отношению к воде и кислотам все силикаты делят на три группы:

1) силикаты, растворимые в воде (силикаты щелочных металлов);

2) силикаты, не растворимые в воде, но разлагающиеся кислотами с образованием кремневой кислоты (цементы, шлаки);

3) силикаты и алюмосиликаты, не разлагающиеся (слюда, стекло, тальк, каолин и др.). Силикаты, не разлагаемые кислотами, представляют собой неорганические полимеры. Например, .

Разложение силикатов. Для разложения силикатов используют следующие методы: 1) обработку хлористоводородной кислотой; 2) растворение в фтористоводородной кислоте; 3) сплавление с нагревание до красного каления со смесью хлорида аммония и карбоната кальция и другие методы.

При разложении силикатов, не растворимых в воде, но разлагаемых хлористоводородной кислотой, образуется кремневая кислота.

Силикат растирают в тончайший порошок, помещают в платиновую чашку, приливают к нему 2 н. раствор хлористоводородной кислоты, а затем выпаривают досуха на водяной бане. К остатку прибавляют некоторое количество концентрированной хлористоводородной кислоты, оставляют на 15—20 мин, затем прибавляют горячей воды, кипятят и фильтруют (или центрифугируют). При этом на фильтре остается кремневая кислота, а в фильтрат переходят растворимые в хлористоводородной кислоте компоненты.

В общем виде процесс разложения силикатов можно представить схемой:

осадок раствор осадок

Действие фтористоводородной кислоты на силикаты несколько отлично от действия хлористоводородной кислоты. Действие фтористоводородной кислоты на силикаты сопровождается выделением -образного четырехфтористого кремния:

При разложении силикатов фтористоводородной кислотой к ней прибавляют серную кислоту, чтобы предупредить гидролиз образующегося при этом фторида кремния и возможность потери титана в результате его улетучивания в виде четырехфтористого титана.

Для переведения в раствор кремневой кислоты, кремневого ангидрида или нерастворимых в воде силикатов около 0,1 г измельченного вещества помещают в платиновую чашку, наливают немного воды, 5 капель концентрированной серной кислоты и 1 мл фтористоводородной кислоты. Затем смесь выпаривают на бане для удаления избытка фтористоводородной кислоты.

При этом вместе с фтористоводородной кислотой улетучивается и четырехфтористый кремний. Обработку фтористоводородной и серной кислотами проводят 2—3 раза. При этом вместе с фтористоводородной кислотой удаляется весь образующийся четырехфтористый кремний и значительный избыток серной кислоты. Затем в чашку осторожно добавляют воды и нагревают на водяной бане; при этом весь осадок в чашке переходит в раствор (в виде сульфатов).

Если вещество полностью не растворяется, то обработку фтористоводородной кислотой повторяют. Если же и после этого осадок не растворяется, то его анализируют отдельно (на барий и титан).

Разложение силикатов, не разлагаемых кислотами, методом сплавления их с и последующей обработкой плава хлористоводородной кислотой приводит к образованию кремневой кислоты:

Исследуемое вещество растирают в тончайший порошок, смешивают в платиновом тигле с -кратным количеством или со смесью и нагревают на горелке, постепенно повышая температуру до тех пор, пока вся масса не станет прозрачной. Тогда тигель переносят в пламя паяльной горелки и в течение 15 мин прокаливают. Донышко раскаленного тигля быстро опускают в большую фарфоровую чашку, наполненную холодной дистиллированной водой, чтобы сплавленная масса легко отставала от стенок тигля. Полученный плав обрабатывают , как указано в первом способе. Выделившуюся кремневую кислоту отделяют, а фильтрат анализируют отдельно.

Можно поступить и иначе. Плав выщелачивают горячей водой. В осадке остаются нерастворимые в воде карбонаты, оксикарбонаты и гидроокиси. В фильтрат переходит большинство анионов и др.), его используют для анализа на анионы. Осадок обрабатывают . Раствор анализируют на содержание в нем катионов.

При обработке смеси нерастворимого силиката с хлоридом аммония и карбонатом кальция нерастворимые в кислотах силикаты переходят в силикаты, разлагаемые кислотами. При этом происходит деполимеризация нерастворимых силикатов:

Исследуемое вещество растирают в тончайший порошок и тщательно смешивают в платиновом тигле с равным количеством хлорида аммония и, восьмикратным количеством карбоната кальция. Смесь нагревают, постепенно повышая температуру до температуры темно-красного каления, а затем прокаливают 30—40 мин. По охлаждении плав выщелачивают кипящей водой. Полученный экстракт фильтруют через бумажный фильтр. В фильтрат переходят соли щелочных металлов, небольшое количество солей кальция и др. В осадке остаются нерастворимые соединения, в том числе и силикат кальция.

Если в фильтрате желают открыть ионы щелочных металлов, то и следы других ионов осаждают смесью карбоната и оксалата аммония. Выпавший осадок отфильтровывают, а в растворе обнаруживают обычным путем.

Нерастворившийся в воде остаток обрабатывают хлористоводородной кислотой, как указано в первом способе.

Известны и другие способы разложения силикатов.

Обнаружение составных частей силикатов. Разложенный тем или иным способом силикат подвергается систематическому анализу. Схема систематического хода анализа силикатов приведена в табл. 34

ТАБЛИЦА 34. Схема систематического хода анализа силикатов