偏硅酸钠
[CAS 6834-92-0]

基本信息

• 产品分类: 无机化工 >> 无机盐 >> 硅化物及硅酸盐
• 产品名称: 偏硅酸钠
• 英文名: Sodium metasilicate
• 别名: Disodium metasilicate
• 分子式: Na₂SiO₃
• 分子量: 122.06
• CAS 登录号: 6834-92-0
• EC 号码: 229-912-9
• 分子行输入简码SMILES: [O-][Si](=O)[O-].[Na+].[Na+]

物理化学性质

• 熔点: 1089 °C

安全数据

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

危害分类

危害	分类	类别码	危害标签
皮肤腐蚀	Skin Corr.	1B	H314
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H335
严重眼损伤	Eye Dam.	1	H318
对金属有腐蚀作用的物质或混合物	Met. Corr.	1	H290
急性毒性	Acute Tox.	4	H302
对水生环境长期有害	Aquatic Chronic	3	H412
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H370
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H336
皮肤腐蚀	Skin Corr.	1A	H314

• 危险品运输编号: UN 3253

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chemBlink 化学品故事

偏硅酸钠（CAS 6834-92-0）是一种无机硅酸钠，通常用 Na₂SiO₃ 表示。它易溶于水，水溶液具有很强的碱性，广泛用于洗涤剂、工业清洗剂、陶瓷、建筑材料以及其他工业过程。不过，偏硅酸钠真正有意思的化学故事，是从 Na₂SiO₃ 遇到水以后开始的。溶液中的硅酸盐并不是始终以一种固定不变的 SiO₃²⁻ 形式存在，而会随着酸碱度、浓度和周围化学环境发生变化。在适当条件下，原来可以存在于水中的硅酸盐最终甚至能够形成一个贯穿整个体系的二氧化硅凝胶网络。

硅和碳位于元素周期表的同一族，但两者的化学发展出了很不相同的特点。碳很容易通过碳-碳键形成稳定的链状结构，而硅对氧具有很强的亲和力。地壳中的大量硅都存在于由硅和氧构成的矿物结构中，从石英到各种硅酸盐矿物，都可以看到这种硅-氧化学。

硅酸钠则提供了一种让硅-氧体系进入水相的方法。偏硅酸钠溶解以后，形成强碱性溶液，其中除了钠离子，还存在不同程度质子化或去质子化的硅酸盐物种，而这些物种之间的比例受到酸碱度和浓度等条件影响。较高的酸碱度有利于硅酸盐保持在水相中。

这种强碱性也是偏硅酸钠能够用于清洗配方的重要原因之一。碱性有助于中和酸性污物，并促进油脂和其他有机污垢的去除；硅酸盐还能够与某些表面和金属离子发生作用，因此在适当设计的洗涤体系中，可以同时发挥调节酸碱度、帮助分散以及影响金属表面腐蚀等作用。

然而，只要改变这种碱性环境，硅酸盐就可能开始走向完全不同的化学过程。降低酸碱度以后，硅酸盐中的一些含氧部位逐渐得到氢离子，形成可以简化表示为 Si-OH 的硅羟基。两个这样的基团可以进一步发生缩合：

Si-OH + HO-Si → Si-O-Si + H₂O

新形成的 Si-O-Si 连接把两个含硅结构连接起来。如果这种反应不断发生，较小的含硅物种就会逐渐形成更大的聚集体和网络。连接继续扩展以后，一个贯穿整个液体的三维富二氧化硅结构最终可以形成。

这时候，原来的液体就变成了凝胶。

凝胶是一种很有意思的物质状态。它看起来和摸起来可能像柔软的固体，但内部仍然可以含有大量液体。二氧化硅凝胶之所以不能像普通液体一样流动，是因为其中已经形成一个连续的固体网络，这个微观网络贯穿整个材料，并把液体限制在大量微小孔隙之中。它并不是因为温度下降而冻结，也不是普通的结晶固体，而是依靠内部网络获得整体形状。

从可溶性硅酸盐形成二氧化硅网络的过程，是溶胶-凝胶化学的重要基础之一。在这类过程中，分子或者非常小的胶体颗粒通过一系列反应逐渐连接，最终形成连续的无机网络。通过控制原料组成、酸碱度、浓度、温度、陈化和干燥条件，可以改变最终材料的孔隙、表面积和结构性质。

凝胶形成以后，如果继续除去孔隙中的水，又会发生另一种宏观变化。液体逐渐离开，原来的固体网络则保留下来，形成多孔的富二氧化硅材料。不同的制备和干燥方法可以产生孔结构差别很大的材料，而巨大的内部表面积使许多二氧化硅凝胶具有吸附水和其他分子的能力。

日常生活中小包装袋里的“硅胶干燥剂”就属于更广泛的多孔二氧化硅材料家族，不过不能简单地把这种干燥剂说成偏硅酸钠。偏硅酸钠或其他可溶性硅酸盐可以作为硅的来源，通过酸化和缩合把原来存在于水中的硅酸盐转变成以 Si-O-Si 为主体的二氧化硅网络。

这个区别很重要。Na₂SiO₃ 可以用来表示偏硅酸钠这种原料，但是酸化以后形成的二氧化硅凝胶已经不能再简单地写成 Na₂SiO₃。钠离子和其他可溶性物质可以留在体系中或者在后续处理中被除去，而硅则逐渐进入延伸的 Si-O-Si 网络。

硅酸钠还长期与“水玻璃”这个名称联系在一起。一些组成的硅酸钠可以形成黏稠的水溶液，并能够作为无机黏结剂使用。随着水分减少或者硅酸盐进一步发生聚合，硅-氧连接不断增加，材料逐渐形成更坚固的网络。这种性质使硅酸钠长期用于水泥、铸造黏结剂、涂层、耐火材料以及其他工业产品。

偏硅酸钠的化学性质也说明为什么这种物质需要谨慎操作。它的水溶液具有很强的碱性，可以严重损伤皮肤和眼睛。同样是硅和氧组成的化学体系，当硅被固定在岩石和矿物结构中时可以非常稳定，而当它转变成浓缩的可溶性碱金属硅酸盐以后，却会表现出完全不同的化学性质。

这种反差正是偏硅酸钠最值得讲述的地方。岩石中的硅可以在难溶矿物结构中存在极长时间；把硅-氧体系转变成碱金属硅酸盐以后，它却能够进入水溶液并参与工业过程；再改变酸碱环境，这些含硅物种又可以重新彼此连接，最后形成延伸的固体网络。

因此，一瓶偏硅酸钠并不仅仅是一种强碱性清洗原料，它也是进入无机网络材料化学的一条水溶性途径。

加入水，硅酸盐进入水相；改变酸碱环境，Si-O-Si 桥逐渐形成；连接继续增加以后，原本能够流动的液体最终可以失去流动性。这并不是因为液体结冰，而是因为一个肉眼看不见的无机网络已经在整个体系中生长起来。

这个过程展示了材料化学中一个非常漂亮的基本概念：有时候，一份溶液与一块固体之间的区别，只在于其中是否已经有足够多的原子彼此连接起来。

References

1. Iler, R. K. (1979). The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties, and Biochemistry. Wiley.

2. Brinker, C. J.; Scherer, G. W. (1990). Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. Academic Press.

3. PubChem. Sodium metasilicate, CAS 6834-92-0. 物质识别、理化性质、用途及安全资料。

4. 有关水溶液中硅酸盐形态、二氧化硅聚合以及以硅酸钠为原料的溶胶-凝胶过程的公开研究资料。

5. 有关硅酸钠用于洗涤剂、清洗剂、黏结剂、涂层和金属表面保护体系的工业资料。