Vesilasi (liuos)
Vesilasi on natrium- tai kaliummetallin ja silikaatin yhdiste. Useimmin käytetään metallina natriumia, jolloin vesilasi koostuu käytännössä natriumoksidista (Na2O) ja piidioksidista eli kvartsista (SiO2)[1]. Vesilasia voidaan käyttää mm. rakentamisessa liimana sekä lämpöä eristävänä vesiliukoisena aineena.
| Natriumsilikaatti | |
|---|---|
 |
|
| Tunnisteet | |
| Muut nimet | Vesilasi |
| CAS-numero | |
| Ominaisuudet | |
| Molekyylikaava | Na4SiO4 |
| Moolimassa | 122,06 g/mol |
| Ulkomuoto | väritön kiinteä aine |
| Sulamispiste | 1 088 °C (1 361 K) |
| Tiheys | 2,4 g/cm3 |
| Liukoisuus veteen | runsasliukoinen |
Historia
muokkaaEurooppalaiset kemistit olivat 1500- ja 1600-luvuilla luoneet vesilasin kaltaisia liuoksia. Esimerkkinä tästä on kemisti Jan Baptist van Helmont, joka liuotti hiekkaa suuressa määrässä emästä noin vuonna 1640.[2] On kuitenkin väitetty, että vesilasin löysi saksalainen Johann Nepomuk von Fuchs 1800-luvun alussa.[3]
Ennen jääkaappien yleistymistä 1900-luvun alussa, vesilasia käytettiin kananmunien säilyttämiseen. Liuos esti munien valkuaisen ja keltuaisen kuivumisen. Kun vesilasissa säilöttyjä raakoja munia halusi käyttää, niihin oli hyvä tehdä pieni reikä neulalla. Näin toimittiin, koska muuten keitettäessä kananmunien kuoret olisivat rikkoutuneet.[4][5]
Valmistus
muokkaaKiinteää vesilasia voidaan valmistaa piidioksidista ja kalsinoidusta soodasta, kun lämpötila on riittävän korkea. Tämän jälkeen liuos jäähtyy vesilasiksi.[6] Reaktioyhtälö on:
Na2CO3 (s) + SiO2 (s) → Na2O · SiO2 (s) + CO2 (g)
Vesilasin vesiliuosta voi valmistaa laittamalla kiinteää vesilasia autoklaaviin ja kuumentamalla sitä höyryllä, jolloin se liukenee. Vesiliuosta voi myös suoraan valmistaa yhdistämällä piidioksidia ja natriumhydroksidin vesiliuosta paineastiassa. [1] Reaktioyhtälö on:
2 NaOH (aq) + SiO2 (s) → Na2O · SiO2 (aq) + H2O (l)
Myös muusta alkalimetallista kuin natriumista koostuvia vesilaseja, kuten kaliumsilikaattia, on mahdollista valmistaa.[1]
Ominaisuudet
muokkaaPuhdas vesilasiliuos on kirkasta ja väritöntä, mutta usein hieman harmaata johtuen epäpuhtauksista.[6] Kiinteä vesilasi on valkoista jauhetta.
Vesilasin ominaisuuksiin vaikuttaa piidioksidin ja natriumoksidin suhde. pH vaihtelee välillä 10-13 riippuen piidioksidin määrästä; mitä enemmän piidioksidia, sitä pienempi pH on.[1] Vesilasin liuos on emäksinen.
Vesilasilla on myös hyvä puskurointikyky, eli happoa lisättäessä vesilasin pH ei laske ennen kuin kaikki emäs on neutraloitu. Puskurointikyky kasvaa piidioksidin määrää lisättäessä [1]. Vesilasin viskositeetti kasvaa, mitä enemmän seoksessa on piidioksidia.[6]
Vesilasin polymerointi tapahtuu, jos pH-arvo putoaa alle 10:n. Polymeroinnissa vesilasin silikaateista muodostuu silikageeliä, jota käytetään yleisesti kosteusvaurioiden ehkäisemiseen sekä epätoivottujen hajujen poistamiseen.[6]
Vesilasi luokitellaan turvalliseksi ja matalan riskin kemikaaliksi. Se ei ole myrkyllistä luonnolle eikä myöskään ihmiselle, joskin se saattaa aiheuttaa ärsytystä iholla, silmissä ja hengitysteissä. On olemassa yksi vesilasi, joka on määritelty syövyttäväksi aineeksi ja sen kemiallinen kaava on Na2SiO3 eli natriummetasilikaatti. Nieltäessä aine on vaarallisempi. Vesilasilla on oma kemikaalikortti, ja sen ICSC-numero on 1137.[7]
Käyttö
muokkaaVesilasia käytetään liimana, esimerkiksi aaltopahvin valmistamiseen. Myös puuta ja metallia voidaan liimata. Korkea lämmönkesto (1 100 °C) tekee vesilasista hyvän liiman kohteisiin, joissa lämpötila saattaa kohota korkeaksi. Tämän lisäksi yhdistettä käytetään palonestoaineena jopa puulle, jonka pinnalle se tekee eristävän kerroksen puun ja tulen välille.[1]
Korkean pH:n ja puskurointikykynsä vuoksi vesilasi ei reagoi happojen kanssa. Niinpä sitä käytetään, kun tarvitaan happoja kestäviä materiaaleja, kuten erikoismuoveja tai betonia.[6]
Emäksisyytensä johdosta vesilasia käytetään voimakkaiden pesuaineiden, kuten pyykinpesu- ja konetiskiaineiden valmistuksessa. Vesilasia käytetään myös vetyperoksidi-pohjaisen valkaisuaineen valmistuksessa, joka on edullisempi vaihtoehto klooripohjaiselle valkaisuaineelle. Vesilasista ja vetyperoksidista valmistettua valkaisuainetta käytetään paperin tuotannossa ja kierrätyksessä.[6]
Saviruukkujen valmistuksessa voidaan käyttää vesilasia. Ruukku upotetaan vesilasiliuokseen, jolloin savi kovettuu.[2]
Kun vesilasiin lisää oikeassa suhteessa etanolia, voi valmistaa superpalloja. Tämä on tyypillinen polymeerikemian koe yläkoulussa ja lukiossa. Näin tehty superpallo kuitenkin menettää nopeasti muotonsa ja kimmoisuutensa.[8]
Vesilasia voidaan hyödyntää maaperän tukemisessa esimerkiksi rakennusprojekteissa. Seos reagoi muodostaen kolloidin, joka polymerisoituu ja näin muodostaa geelin kiinteyttäen maaperää. Maaperä kiinteytyy, kun vesilasi sitoo partikkelit toisiinsa muodostaen yhtenäisen vettä läpäisemättömän massan. Vesilasin avulla voidaan siis lujittaa maaperää.[9]
Lähteet
muokkaa- ↑ a b c d e f Jussi Hänninen: Vesilasikemia – käyttökohteet ja tutkimus. (Kandidaatintyö) Tampere: Tampereen teknillinen yliopisto, 2018. Teoksen verkkoversio.
- ↑ a b Johannes van Helmont: Opuscula medica inaudita, s. 53. Köln, Saksa: Jost Kalckhoven, 1644. Teoksen verkkoversio.
- ↑ W.H. Bidwell: The Eclectic Magazine of Foreign Literature, Science, and Art, s. 127. New York, USA: Leavitt, Trow, & Co., 1857. Teoksen verkkoversio.
- ↑ U.S. Department of Agriculture: Farmer's Bulletin, 1923, nro 1331, s. 19. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ Ruth G. Kassinger: Glass: From Cinderella's Slippers to Fiber Optics, s. 34. Connecticut, USA: Twenty-First Century Books, 2003. Teoksen verkkoversio.
- ↑ a b c d e f Haimei Zhang: Building Materials in Civil Engineering, s. 42–45. Cambridge: Woodhead Publishing Limited and Science Press, 2011. Teoksen verkkoversio.
- ↑ Kansainväliset kemikaalikortit: Natriumsilikaatti ilo.org. Viitattu 7.4.2019.
- ↑ Superpallo, opettajan ohje Kemianluokka Gadolin. Arkistoitu 24.12.2012. Viitattu 5.4.2019.
- ↑ Tommi Parviainen: Vesilasi-pohjanvalmistusmenetelmä. (Insinöörityö) Helsinki: Metropolia ammattikorkeakoulu, 2015. Teoksen verkkoversio.