Cos'è il silicato di sodio
Il silicato di sodio è il sale dell’idrossido di sodio e acido silicico, base forte e acido debole. A temperatura ambiente, come molti altri sali, è allo stato solido. Ha struttura amorfa, come il vetro. Viene anche denominato “vetro solubile”. A differenza del vetro comune non contiene ossidi di altri metalli ad eccezione di Na2O, ossido di sodio; é solubile in acqua, al verificarsi delle opportune condizioni di temperatura e pressione.
Il silicato di sodio si ottiene miscelando le materie prime contenenti SiO2, Na2O ed acqua in un reattore in pressione riscaldato mediante vapore saturo.
Una volta trascorso il tempo di reazione, il composto viene successivamente sottoposto ad un processo di micrifiltrazione.
Questa sostanza viene utilizzata principalmente come prodotto intermedio, cioè materia prima per la produzione di altri prodotti. Si trova in commercio in forma anidra (pezzi solidi simili a cubetti di vetro) oppure in soluzione acquosa, con diverse concentrazioni (percentuale in peso di acqua rispetto al peso della soluzione) e diverso contenuto di silice (SiO2) in rapporto al contenuto di soda (Na2O).
Per silicato di sodio si intende la denominazione generica con formula Na2O(SiO2)n. La variabile n indica il rapporto silice soda, cioè quante moli di SiO2 ci sono per ogni mole di Na2O
Modificando la proporzione fra le diverse componenti Na2O e SiO2, si ottengono soluzioni con varie proprietà che vengono utilizzate nelle più svariate applicazioni industriali.
Quasi tutte le applicazioni industriali del silicato di sodio partono da soluzione acquosa, per cui la dissoluzione del silicato vetroso, operazione concettualmente semplice, è un processo industriale diffuso, con offerte sul mercato di silicati che possono avere differenti livelli di purezza e qualità.
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Proprietà fisiche del silicato di sodio
Rapporto molare
La composizione del silicato di sodio può essere definita dalla formula: Na2O(SiO2)n, dove n è il numero di moli di silice SiO2 per ogni mole di ossido di sodio Na2O, anche denominato Rapporto molare. Questo valore può essere compreso tra 0,4 e 4,0, ma nella maggior parte delle applicazioni industriali varia tra 1,6 e 3,5. La massa atomica di sodio, Na=23, Ossigeno O=16, Silicio Si=30. Na2O pesa 60 unità di massa atomica, SiO2 pesa 62. Dato che una molecola di Na2O pesa più o meno quanto una molecola di SiO2, per il silicato di sodio il rapporto molecolare è simile al rapporto ponderale. Nelle applicazioni critiche occorre comunque specificare se si fa riferimento a un rapporto SiO2 / Na2O molare oppure ponderale. Per passare da rapporto molare a rapporto ponderale e viceversa basta moltiplicare o dividere per la costante 62/60. Ad esempio, rapporto molare 2:1 corrisponde a un rapporto ponderale 2,06:1.
Le soluzioni di silicato hanno viscosità molto variabili; in genere la viscosità aumenta all’aumentare della concentrazione di solidi, e, a parità di solidi disciolti, i rapporti più alti (con più SiO2 rispetto a Na2O) sono più viscosi. La viscosità dipende anche dalla temperatura; a maggiore temperatura la viscosità diminuisce. Alcune tipologie di soluzione di silicato vengono consegnate in autocisterne coibentate e a temperatura riscaldata (circa 70°C alla partenza) per favorire lo scarico delle autocisterne.
Densità
Nel Sistema internazionale la densità si misura in Kg/litro; l’acqua ha densità 1. Nella produzione del silicato, si usa esprimere la densità in gradi Baumé (°Bé). Le due unità sono legate dalle seguenti formule di conversione::
Densità Kg/l= 145/(145-°Bé) °Bé= 145-(145/Densità Kg/l)
Ad esempio, un silicato a 38°Bé avrà densità 1,355 Kg/l; 1520 g/l corrispondono a 49,6 °Bé
La densità cambia con la temperatura; solitamente si fa riferimento ad una temperatura standard di 20°C. La densità del silicato diminuisce all’aumentare della temperatura e aumenta in maniera pressoché lineare con le parti solide in soluzione.
Viscosità
Bisogna considerare la viscosità del silicato di sodio come una funzione della concentrazione, della densità, del rapporto molare e della temperatura.
Concentrazione
La viscosità del silicato con rapporto molare più alto (maggiore quantità di silice rispetto alla soda) aumenta più rapidamente con un aumento della concentrazione rispetto a quanto faccia la viscosità dei silicati con rapporto molare più basso (più alcalini).
Temperatura
La viscosità del silicato di sodio (in concentrazioni commerciali) diminuisce con l’aumento della temperatura secondo una legge pressochè esponenziale; possiamo indicare con una discreta approssimazione che a un aumento di 20°C di temperatura corrisponde un dimezzamento della viscosità.
pH
Il pH delle soluzioni di silicato di sodio è strettamente connesso alla concentrazione e al rapporto molare. Il pH diminuisce all’aumentare del rapporto molare. Il pH delle soluzioni di silicato di sodio viene mantenuto alto finché la componente alcalina non è quasi completamente neutralizzata. Questa azione tampone – l’abilità del pH di resistere ai cambiamenti – aumenta all’aumentare del rapporto molare del silicato; anche le soluzioni diluite di silicato mantengono un pH relativamente costante, nonostante l’aggiunta di acido.
