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Ácido ortosilícico

El ácido ortosilícico ( / ˌ ɔːr θ ə s ɪ ˈ l ɪ s ɪ k / ) es un compuesto inorgánico con la fórmula Si ( O H ) 4 . Aunque rara vez se observa, es el compuesto clave de la sílice y los silicatos y el precursor de otros ácidos silícicos [H 2 x SiO x +2 ] n . Los ácidos silícicos desempeñan papeles importantes en la biomineralización y la tecnología. [2] [3] [4] Es el ácido parental del anión ortosilicato SiO 4−
4.

Aislamiento

Estructura de Si(OH) 4 estabilizada por dos aniones cloruro.

Normalmente se supone que el ácido ortosilícico es un producto de la hidrólisis de sus ésteres, Si(OR) 4 , donde R representa el grupo organilo , como se practica en las síntesis sol-gel . [2] Sin embargo, estas condiciones son demasiado rigurosas para permitir el aislamiento del ácido original.

El ácido ortosilícico se puede producir mediante hidrogenólisis de tetrabenzoxisilicio catalizada por Pd : [5]

Si(OCH 2 Ph ) 4 + 4 H 2 → Si(OH) 4 + 4 PhCH 3

El ácido se cristalizó a partir de una solución de dimetilacetamida y cloruro de tetrabutilamonio . Como se estableció mediante cristalografía de rayos X , los aniones de cloruro interactúan con el ácido a través de enlaces de hidrógeno . Por lo demás, la estructura consta del centro de silicio tetraédrico esperado .

Reacciones

Estructura química del ácido ciclo -tetrasilícico.

El ácido silícico se condensa fácilmente para dar ácidos silícicos "superiores", incluidos el ácido disilícico (pirosilícico) y el ácido ciclotetrasilícico , (−O−Si(OH) 2 −) 4 : [5]

2 Si(OH) 4 → O(Si(OH) 3 ) 2 + H 2 O
4 Si(OH) 4 → (−O−Si(OH) 2 −) 4 + 4 H 2 O

Estos derivados también han sido caracterizados cristalográficamente .

Ácido ortosilícico en plantas

El silicio se ha explorado como un nutriente para el crecimiento de las plantas, y el sílice comprende hasta el 10% del peso de la planta en base a materia seca. [6] El ácido ortosilícico es de particular interés ya que se piensa que es la forma en la que las plantas absorben el silicio del suelo, [7] [8] antes de depositarse como fitolitos en toda la planta, lo que lleva a la investigación en la aplicación de ácido ortosilícico a través de pulverizaciones foliares para complementar el crecimiento de las plantas. [9] Los estudios han demostrado que la aplicación foliar de ácido ortosilícico estabilizado puede aliviar los factores estresantes abióticos como la sequía, [10] [11] la toxicidad de metales pesados, [12] [13] y la salinidad, [14] lo que resulta en mayores rendimientos. [15] Además, se ha demostrado que las aplicaciones de ácido ortosilícico reducen las infecciones fúngicas y las enfermedades en las plantas, [16] lo que sugiere la posibilidad de utilizar ácido ortosilícico estabilizado como una alternativa o complemento a las medidas de control de enfermedades existentes. Los mecanismos por los cuales el ácido ortosilícico alivia el estrés abiótico y controla las enfermedades no se comprenden bien; las teorías actuales incluyen la activación de las reacciones de defensa de las plantas [17] y la precipitación de sílice en el apoplasto de la planta. [18]

Ácido silícico oceánico

Concentración de ácido silícico en la zona pelágica superior en 2009. [19]

La sílice disuelta (DSi) es un término utilizado en el campo de la oceanografía para describir la forma de sílice soluble en agua , que se supone que es Si(OH) 4 (ácido ortosilícico) o sus bases conjugadas (aniones ortosilicato) como − O−Si(OH) 3 y ( − O−) 2 Si(OH) 2 . Los cálculos teóricos indican que la disolución de la sílice en agua se produce mediante la formación de un complejo SiO 2 ·2H 2 O y luego ácido ortosilícico. [20] El ciclo biogeoquímico de la sílice está regulado por las algas conocidas como diatomeas . [21] [22] Estas algas polimerizan el ácido silícico en la denominada sílice biogénica , utilizada para construir sus paredes celulares (llamadas frústulas ). [23]

En la columna de agua superior, la superficie del océano está subsaturada con respecto a la sílice disuelta, a excepción de la Corriente Circumpolar Antártica al sur de los 55°S.

La concentración de sílice disuelta aumenta con el aumento de la profundidad del agua y a lo largo de la cinta transportadora desde el Atlántico, pasando por el Índico, hasta el océano Pacífico. [24] [25]

Referencias

  1. ^ Nomenclatura de la química inorgánica: recomendaciones de la IUPAC 2005. Cambridge: Royal Society of chemistry. 2005. pág. 127. ISBN 0-85404-438-8.
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  3. ^ RK Iler, La química de la sílice , Wiley, Nueva York, 1979.
  4. ^ Gerhard Lagaly; Werner Tufar; A. Minihan; A. Lovell (2007). "Silicatos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a23_661. ISBN 978-3527306732.
  5. ^ ab Igarashi, Masayasu; Matsumoto, Tomohiro; Yagihashi, Fujio; Yamashita, Hiroshi; Ohhara, Takashi; Hanashima, Takayasu; Nakao, Akiko; Moyoshi, Taketo; Sato, Kazuhiko; Shimada, Shigeru (2017). "Síntesis selectiva no acuosa de ácido ortosilícico y sus oligómeros". Comunicaciones de la naturaleza . 8 (1): 140. Código Bib : 2017NatCo...8..140I. doi :10.1038/s41467-017-00168-5. PMC 5529440 . PMID  28747652. S2CID  3832255. 
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  24. ^ Las cifras que aparecen aquí se han obtenido a partir del sitio web interactivo que se alimenta de los valores DSi anuales de LEVITUS94: World Ocean Atlas 1994, un atlas de campos analizados objetivamente de los principales parámetros oceánicos en las escalas de tiempo anual, estacional y mensual . Reemplazado por WOA98. Editado por Syd Levitus.
  25. ^ "Atlas mundial de los océanos 1994".