無機物質(知識)の問題
二酸化ケイ素を水酸化ナトリウムとともに加熱して融解させるとケイ酸ナトリウムが得られる。ケイ酸ナトリウムに水を加えて加熱すると、粘性の大きい液体である水ガラスになる。水ガラスに塩酸を加えると白色ゲル状のケイ酸が沈殿し、これを加熱して乾燥させると、内部に微細なすき間を多くもつ多孔質の固体が得られる。この固体は表面にヒドロキシ基をもち、水分子などをよく吸着するため、乾燥剤や吸着剤として用いられる。この固体を何というか。
この問題で使うもの
- 炭素・ケイ素とその化合物(説明と入口の問題)
- 弱酸の遊離・揮発性の酸の遊離(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(17 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
ケイ素の化合物が、二酸化ケイ素 → ケイ酸ナトリウム → 水ガラス → ケイ酸と変化していく流れを思い出そう。
ヒント 2
水ガラスに塩酸を加えて得られるケイ酸を加熱して乾燥させると、表面積の大きい多孔質の固体になる。
ヒント 3
この固体は菓子や海苔などの袋に入っている乾燥剤として身近に使われている。水ガラスやケイ酸とは別の名前である。
答えと解説
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シリカゲル
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解説を読む
二酸化ケイ素は酸性酸化物であり、水酸化ナトリウムと加熱融解すると
によりケイ酸ナトリウムが生じる。これに水を加えて加熱すると水ガラスになる。水ガラスに塩酸を加えると、弱酸であるケイ酸が遊離して沈殿する。
このケイ酸を加熱して脱水・乾燥させたものがシリカゲルである。シリカゲルは多孔質で表面積が非常に大きく、表面のヒドロキシ基 が水分子などと水素結合をつくって吸着するため、食品などの乾燥剤や吸着剤として用いられる。
似た用語との違い:
- 水ガラスは、ケイ酸ナトリウムに水を加えて加熱した粘性の大きい液体で、シリカゲルの原料である。
- ケイ酸は、水ガラスに酸を加えて得られる白色ゲル状の物質で、これを乾燥させたものがシリカゲルである。
- 石英(二酸化ケイ素の結晶)は、ケイ素原子と酸素原子が共有結合でつながった硬い結晶であり、多孔質の吸着剤ではない。
別解
二酸化ケイ素と水酸化ナトリウムを加熱融解するとケイ酸ナトリウムが得られ、水を加えて加熱すると水ガラスになる。水ガラスに塩酸を加えるとケイ酸が沈殿し、これを加熱・脱水して乾燥させると、多孔質でヒドロキシ基をもち水分子をよく吸着する固体が得られる。これがシリカゲルで、乾燥剤や吸着剤に用いられる。