Metasilicato de sodio

El metasilicato de sodio o silicato sódico (nombre común del compuesto silicato de sodio), también conocido como vidrio soluble, es una sustancia inorgánica, de fórmula Na₂SiO₃ que se encuentra en soluciones acuosas y también en forma sólida en muchos compuestos, entre ellos el cemento, impermeabilizadores, refractores, y procesos textiles.

Metasilicato de sodio
Fórmula estructural del metasilicato de sodio polimerizado
Nombre IUPAC
Metasilicato de sodio Dióxido (oxo) silano disódico
General
Otros nombres	Silicato de sodio Metasilicato de disodio Vidrio soluble
Fórmula semidesarrollada	Na2SiO3
Fórmula molecular	?
Identificadores
Número CAS	6834-92-0[1]
Número RTECS	VV9275000
ChEBI	60720
ChemSpider	21758
PubChem	23266
UNII	052612U92L
SMILES [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O
InChI InChI=InChI=1S/2Na.O3Si/c;;1-4(2)3/q2*+1;-2 Key: NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Apariencia	Polvo o cristales blancos
Densidad	2,61 kg/m³; 0,00261 g/cm³
Masa molar	122.062 g/mol g/mol
Índice de refracción (nD)	1.52
Propiedades químicas
Solubilidad en agua	22.2 g/100 ml a 25 °C 160.6 g/100 ml a 80 °C
Solubilidad	Insoluble en alcohol
Peligrosidad
NFPA 704	0 2 0 COR
Frases P	P260 P261 P264 P271 P280 P301/330/331 P302+361+354
Riesgos
Ingestión	Si se ingieren grandes cantidades puede irritar las mucosas internas. Los efectos son similares a si se ingiriera soda cáustica. Puede a largo plazo causar cáncer de esófago.
Inhalación	Irritante de las vías respiratorias.
Piel	Irritante de la piel, y de cualquier tejido en realidad. Posee propiedades corrosivas, de modo que puede ocasionar quemaduras severas.
Ojos	Irritante para los ojos, puede dañar la córnea
Valores en el SI y en condiciones estándar (25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
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Silicato de sodio.

Se forma cuando el carbonato de sodio y el dióxido de silicio o arena de sílice reaccionan a aproximadamente 1400 °C formando silicato de sodio y dióxido de carbono:

Na₂CO₃ + SiO₂ → Na₂SiO₃ + CO₂

Está disponible comercialmente en varios grados y en forma anhidra y pentahidratada de varias empresas estadounidenses. Las capacidades anuales de producción oscilan entre 23 y 360 miles de toneladas (2000).

Historia

Los silicatos solubles de metales alcalinos (sodio o potasio) fueron observados por los alquimistas europeos ya en el siglo XVI. Giambattista della Porta notó en 1567 que el "tartari salis" (crémor tártaro, hidrogenotartrato de potasio) provoca la fusión de "cristales" en polvo (cuarzo) a una temperatura más baja.^[2] Otras posibles referencias tempranas a los silicatos alcalinos fueron dadas por Basil Valentin (Basil Valentin) en 1520, ^[3] y Agricola en 1550. Alrededor de 1640, Jan Baptist van Helmont informó sobre la formación de silicatos alcalinos como sustancias solubles formadas al derretir arena con un exceso de álcali y observó que el silicio El dióxido se puede precipitar cuantitativamente añadiendo ácido a la solución.^[4] Glauber fabricó silicato de potasio en 1646, al que llamó "sílice líquida", fundiendo carbonato de potasio (obtenido mediante calcinación crema de cal) y arena en la olla, y vertiendo la mezcla con fundido hasta que dejaran de salir burbujas (debido a la liberación de dióxido de carbono). La mezcla se dejó enfriar y luego se molió hasta obtener un polvo fino. Cuando el polvo se expuso al aire húmedo, formó gradualmente un líquido viscoso, que Glauber llamó "-{Oleum oder Liquor Silicum, Arenæ, vel Crystallorum}-" (es decir, aceite o solución de sílice, arena o cristal de cuarzo).^[5][6] Sin embargo, más tarde se afirmó que la sustancia preparada por estos alquimistas no era vidrio soluble, como se entiende hoy en día. ^[7][8][9] Fue preparado en 1818 por Johan Nepomuk von Fuhs, tratando el ácido silícico (Ácido silicio)] con álcali; la sustancia resultante es soluble en agua, "pero no se ve afectada por los cambios atmosféricos". ^[10][11]

El "vidrio líquido" se definió en el Manual de Tecnología Química de Von Wagner (traducido en 1892 en inglés) como cualquier silicato alcalino soluble, observado por primera vez por Van Helmont en 1640 como una sustancia fluida que aparece cuando se derrite la arena (sílice) con un exceso de álcali.A veces también se lo denomina "licor de guijarros".

Johann Rudolf Glauber, en 1648, produjo lo que llamó "sílice fluida" a partir de potasa y sílice.

Von Fuchs, en 1825, obtuvo vidrio líquido haciendo reaccionar ácido silícico con un álcali, siendo el resultado soluble en agua "pero no afectado por los cambios atmosféricos".^[12]

Von Wagner distingue varios tipos: carbonato de sodio (sosa), potasio, "doble" (sodio y potasio) y Fixin. El tipo Fixin era un fijador que consistía en una mezcla sobresaturada de sílice de "vidrio líquido" (potasio y sodio), utilizado para estabilizar pigmentos de agua inorgánica depositados sobre cemento (para letreros exteriores y de paredes).^{[13][14][15][16]}

Propiedades

El metasilicato de sodio es un sólido blanco que se disuelve en agua directamente, produciendo una solución alcalina. Es parte de un conjunto de compuestos relacionados que incluyen el ortosilicato de sodio, Na₄SiO₄; pirosilicato de sodio, Na₆Si₂O₇, y otros. Todos son vidriosos, sin color y solubles en agua.

El metasilicato de sodio es estable en soluciones neutras y alcalinas. En soluciones ácidas, el ion silicato reacciona con los iones de hidrógeno para formar ácido silícico, que al ser calentado y tostado forma gel de sílice, una sustancia dura y vidriosa.

Estructura

En el sólido anhidro, el anión metasilicato es polimérico, y consiste de un tetraedro con vértices compartidos {SiO₄}, y no un ion discreto SiO₃²⁻ .^[17]

Adicionalmente en su forma anhidra, existen hidratos con la fórmula Na₂SiO₃·nH₂O (donde n = 5, 6, 8, 9), que contienen el anión aproximadamente tetrahédrico discreto SiO₂(OH)₂²⁻ con el agua de la hidratación. Por ejemplo, el silicato de sodio pentahidratado disponible comercialmente Na₂SiO₃·5H₂O es formulado como Na₂SiO₂(OH)₂·4H₂O, y el nonahidrato Na₂SiO₃·9H₂O es formulado como Na₂SiO₂(OH)₂·8H₂O.^[18] Las formas pentahidrato y nonahidrato tienen sus propios números CAS. 10213-79-3 y 13517-24-3 respectivamente.

Usos

El metasilicato de sodio reacciona con los ácidos para producir gel de sílice.^[19] Entre sus usos se cuentan:

• Cementos y aglutinantes: el metasilicato de sodio deshidratado forma cemento o agente aglutinante.
• Pulpa y agente de encolado; además cuando se mezcla con peróxido de hidrógeno en el proceso de blanqueo de celulosa, actúa como tampón y agente estabilizador.
• Jabones y detergentes (incluidos los de lavavajillas): por una combinación de excelentes propiedades como emulsionante y agente de suspensión.^[20]
• Aplicaciones automotrices: desmantelamiento de motores viejos (programa CARS), sellador del sistema de enfriamiento, reparación de escapes.
• Artesanía: forma "estalagmitas" al reaccionar con iones metálicos y precipitarlos. También se utiliza como pegamento llamado "vidrio soluble".
• en la dieta, como un aditivo alimentario, regulado bajo el número E550, como antiaglomerante^[21] y - al comienzo del siglo XX con gran éxito - para la conservación de los huevos. Cuando los huevos frescos se sumergen en una solución de silicato de sodio, las bacterias capaces de degradar el huevo se mantienen alejadas y se mantiene la humedad, manteniendo el huevo hasta por nueve meses. Era necesario perforar la cáscara de los huevos así conservados antes de cocinarlos en agua hirviendo, para dejar escapar el vapor porque la cáscara ya no era porosa;
• como masilla de reparación rápida: el silicato de sodio y el silicato de magnesio disueltos en agua se utilizan como una pasta espesa para reparar los caños de escapes de vehículos. Cuando el sistema de escape alcanza su temperatura de funcionamiento, el calor seca la pasta que polimeriza en una especie de vidrio, lo que permite la reparación (temporal, porque sin embargo es relativamente frágil);
• como sellador de reparación en medios líquidos calientes (en 2011 se usó para sellar grietas después del accidente en la planta de energía nuclear de Fukushima. El silicato de sodio en solución puede tapar las fugas en las juntas (por ejemplo, junta de culata, con el "vidrio líquido" inyectado a través del radiador de un automóvil por ejemplo, y enviado en las partes calientes del motor, porque a 100- 105 °C , silicato de sodio pierde sus moléculas de agua para formar un sellador muy potente que sólo funde por encima de 810 °C. Una junta de culata reparada con silicato de sodio puede permanecer hermética hasta dos años o más, con un sellado muy rápido (minutos después de la aplicación). Este tipo de uso solo es posible en un entorno que alcance la temperatura de polimerización de 100 a 105 °C  ;
• como inhibidor de la corrosión en determinados circuitos de agua;
• como sustrato de crecimiento para determinadas algas en criaderos de acuicultura;
• para la fabricación (antes) de munición, por ejemplo para los cartuchos de revólveres con pólvora negra producidos por la Colt Manufacturing Company de 1851 a 1873, en particular durante la guerra civil estadounidense. El silicato de sodio selló los papeles nitrados combustibles juntos para formar un cartucho de papel cónico que contiene la pólvora negra, así como para pegar la bala de plomo o la bala cónica al extremo abierto del "cartucho" de papel. Estos cartuchos pegados con silicato de sodio se insertaron enteros en los cañones de los revólveres, lo que aceleró el tiempo de recarga. Este uso fue destronado por la invención de los cartuchos revestidos de latón a partir de 1873;^[22]

Evaluación de riesgos

Etiqueta de seguridad.

En 2015, la UE incluyó el metasilicato disódico en el plan de acción móvil de la Comunidad (CoRAP) de conformidad con el Reglamento (CE) n.º 1907/2006 (REACH) como parte de la evaluación de sustancias. Los efectos de la sustancia sobre la salud humana o el medio ambiente se revalúan y, si es necesario, se inician medidas de seguimiento. Las razones de la absorción de metasilicato disódico fueron las preocupaciones sobre el uso por parte del consumidor, el alto tonelaje (agregado) y el índice de caracterización de alto riesgo (RCR), así como el posible riesgo de toxicidad reproductiva. La revaluación tuvo lugar a partir de 2015 y fue realizada por Letonia. Luego se publicó un informe final.^[23][24]

Referencias

1. Número CAS
2. Giambattista della Porta (1569): Magia naturalis sive de miraculis rerum naturalium, libri iiii (Magia natural o sobre los milagros de la naturaleza, en cuatro libros); pages 290–291, "Crystallus, ut fusilis fiat" (quartz, so made molten). Published by Guillaume Rouillé (Gulielmum Rovillium) in Lyon (Lugdunum) France
3. Kohn, C. (1862): "Die Erfindung des Wasserglas im Jahre 1520" (La invencion del waterglass en el añor 1520), Zeitschrift des Oesterreichischen Ingenieur-Vereins (Journal of the Austrian Engineer Association), volume 14, pages 229–230.
4. Johannes van Helmont (1644): Opuscula medica inaudita, published by Jost Kalckhoven (Jodocum Kalcoven) Cologne, Germany. In Part I: De Lithiasi, page 53, van Helmont mentions that alkalis dissolve silicates: "Porro lapides, gemmae, arenae, marmora, silices, &c. adjuncto alcali, vitrificantur: sin autem plure alcali coquantur, resolvuntur in humido quidem: ac resoluta, facili negotio acidorum spirituum, separantur ab alcali, pondere pristini pulveris lapidum." (Además, la piedra, las gemas, la arena, el mármol, la sílice, etc., se vuelven vítreas con la adición de álcali; pero si se tuestan con más álcali, se disuelven en la humedad: y el peso anterior del polvo de piedra se separa del álcali y liberado simplemente añadiendo ácido. )
5. Johann Rudolf Glauber (1646), Furni Novi Philosophici (New Philosophical Furnace). Published by Johan Jansson, Amsterdam.
6. Johann Rudolf Glauber (1661): Furni Novi Philosophici Oder Beschreibung einer New-erfundenen Distillir-Kunst (New Philosophical Furnace, or Treatise on Newly Discovered Distillation Art) chapter LXXIX, pages 164–166: "Wie durch Hülff eines reinen Sandes oder Kißlings auß Sale Tartari ein kräfftiger Spiritus kan erlanget werden." (Cómo con ayuda de arena pura o silica se peude preparar una solución poderosa a partir de cremor tártaro).
7. Anon. (1863): "Die Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520." Kunst- und Gewerbe-Blatt, volume 49, pages 228–230.
8. Anon. (1863): "Die Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520." Reprint, Polytechnisches Journal, volume 168, pages 394–395
9. Anon. (1863) "Die angebliche Erfindung des Wasserglases im Jahre 1520" (On the alleged invention of waterglass in the year 1520). Reprint, Neues Repertorium für Pharmacie, volume 12, pages 271–273.
10. Johann Nepomuk von Fuchs (1825) "Ueber ein neues Produkt aus Kieselerde und Kali" (On a new product from silica and potash), Archiv für die gesammte Naturlehre, volume 5, issue 4, pages 385–412. On page 386: "Ich erhielt es zuerst, vor ungefähr 7 Jahren" (I first obtained it about 7 years ago).
11. Joh. Nepomuk Fuchs (1825) "Ueber ein neues Produkt aus Kieselerde und Kali; und dessen nüzliche Anwendung als Schuzmittel gegen schnelle Verbreitung des Feuers in Theatern, als Bindemittel, firnißartigen Anstrichen u.s.w." (Sobre un nuevo producto a base de silica y potasio, y su uso como protector contra el desarrollo de fuego en teatros, como pegamento, barniz, etc.). Polytechnisches Journal, volume 17, pages 465–481.
12. Von Wagner, Rudolf (1892, trad. de la 13e éd. par Willian Crookes), Manual of Chemical Technology
13. Von Wagner, Rudolf (1892; translation of 13th edition by Willian Crookes) Manual of Chemical Technology
14. Von Wagner, Manual of Chemical Technology (1892 translation)
15. Hermann Mayer (1925): Das Wasserglas; Sein Eigenschaften, Fabrikation und Verwendung auf Grund von Erfahrungen und Mitteilungen der Firma Henkel & Cie. (The Water-glass: Its properties, production, and application on the basis of experiences and communications of the firm of Henkel & Co.) Published by Vieweg, Braunschweig, Germany.
16. Morris Schrero (1922): Water-glass: A Bibliography. Published by Carnegie Library, Pittsburgh, Pennsylvania.
17. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
18. Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
19. https://sciencing.com/uses-sodium-metasilicate-5447484.html
20. Baker, C. L. (1931). Detergent value of sodium metasilicate. Industrial & Engineering Chemistry, 23(9), 1025-1032.
21. FAO Codex Alimentarius
22. Kirst, W.J., Self Consuming Paper Cartridges for the Percussion Revolver, Minneapolis, Minnesota, Northwest Development Co., 1983
23. Substance Evaluation Conclusion and Evaluation Report in ECHA
24. Elmore, A. R. (2004). Final report on the safety assessment of potassium silicate, sodium metasilicate, and sodium silicate. International journal of toxicology, 24, 103-117.

Enlaces externos

• Ficha internacional de seguridad (en español)

Véase también

• Cristal líquido
• Loza
• Silicato
• Silicio
• Sodio

• Datos: Q425397
• Multimedia: Sodium metasilicate / Q425397