硅酸
[CAS# 1343-98-2]

基本信息

• 产品分类: 无机化工 >> 无机盐 >> 硅化物及硅酸盐
• 英文名: Silicic acid
• 别名: Orthosilicic acid
• 产品名称: 硅酸
• 分子式: H₄SiO₃
• 分子量: 96.11
• CAS 登录号: 1343-98-2
• EC 号码: 215-683-2
• 分子行输入简码SMILES: O[Si](O)(O)O

物理化学性质

• 密度: 1.8±0.1 g/cm³ 计算值^*
• 折射率: 1.535 (计算值)^*

^* 使用计算软件 Advanced Chemistry Development (ACD/Labs).

安全数据

• 危险品标志: GHS05;GHS07 Danger
• 危害标签: H314-H318-H335
• 防护标签: P260-P261-P264-P264+P265-P271-P280-P301+P330+P331-P302+P361+P354-P304+P340-P305+P354+P338-P316-P317-P319-P321-P363-P403+P233-P405-P501

发现和应用

硅酸是指一类含有硅、氧和氢的化合物，通常用通式 H₄SiO₄ 或其聚合形式表示。它并非单一定义的化合物，而是硅酸盐溶于水时形成的一类弱酸。这些化合物在自然系统（例如生物和地质环境）以及工业应用（尤其是在材料科学和化学领域）中都具有重要意义。

硅酸的概念起源于 19 世纪，当时化学家们研究了硅酸盐与酸的反应。在酸化硅酸钠水溶液后，观察到一种凝胶状物质，该物质被鉴定为二氧化硅的水合物，并被称为硅酸。尽管纯单体硅酸（正硅酸，H₄SiO₄）由于其快速聚合而难以分离，但已证实其存在于稀水溶液中。它是最简单的可溶性二氧化硅形式，常见于天然水体中，例如海水和地下水，其浓度通常低于饱和水平。

在水溶液中，硅酸容易发生缩合反应，形成低聚物和聚合物，最终形成胶体二氧化硅或无定形硅胶。该过程受pH值、温度、浓度和其他离子的影响。在中性或微酸性溶液中，硅酸保持单体或低聚物形式。在较高浓度或环境条件变化的情况下，它会聚合并沉淀为水合二氧化硅（SiO₂^.nH₂O），水合二氧化硅可用于多种用途。

硅酸及其衍生物最广泛的应用之一是硅胶的生产。硅胶是通过酸化硅酸钠溶液制备的，酸化后形成凝胶状的水合二氧化硅沉淀。该材料经过清洗、干燥后，由于其高表面积和孔隙率，可有效吸附水分，并用作干燥剂。硅胶常用于产品防潮包装、实验室干燥剂和色谱分析介质。

硅酸在沸石的形成过程中也起着至关重要的作用。沸石是一种微孔铝硅酸盐矿物，可用作分子筛和催化剂。在沸石的合成中，硅酸或可溶性二氧化硅作为硅源，在水热条件下与氧化铝和结构导向剂一起形成沸石的晶体骨架。

在材料科学领域，硅酸衍生物用于制备二氧化硅纳米颗粒和涂层。溶胶-凝胶法涉及体系从液态“溶胶”转变为固态“凝胶”的过程，该过程使用烷氧基硅烷或硅酸前体形成孔隙率和结构可控的二氧化硅材料。这些材料可用于光学涂层、绝缘膜以及催化剂载体等应用。

在环境科学领域，硅酸是硅的生物地球化学循环的关键组成部分。硅藻是海洋和淡水生态系统中的主要微藻类群，它们需要硅酸来构建硅质细胞壁（称为硅藻壳）。硅藻对硅酸的吸收及其通过食物网和沉积过程的循环影响着全球碳和硅的循环。

在生物系统中，有证据表明硅酸，尤其是其单体形式，可能在人类和动物的生理学中发挥作用。它与骨矿化、结缔组织健康以及可能调节铝的生物利用度有关。一些膳食补充剂含有稳定化的正硅酸，据称有助于促进皮肤、头发、指甲和骨骼健康，但其确切机制和功效仍在研究中。

尽管硅酸酸性较弱且在溶液中的稳定性有限，但它仍然是各种工业过程和自然系统中的重要中间体。它的化学性质与二氧化硅和硅酸盐密切相关，并且在自然界和技术中充当着连接可溶性硅物质和固体含硅材料的关键纽带。硅酸的研究和利用仍然是一个活跃的研究领域，尤其是在理解其聚合行为以及改进其在材料设计和环境科学中的应用方面。

参考文献

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DOI: 10.1021/es801194q

2016 A tightly regulated expression system for E. coli using supersaturated silicic acid. Biotechnology Letters, 38(8).
DOI: 10.1007/s10529-016-2118-z

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