Water glass

Koostis / struktuur

Erinevad vees lahustuvad naatriumsilikaadid (Na₂O×nSiO₂, SiO₂/Na₂O kaaluline suhe varieerub kaubanduslikel produktidel 1,6 … 3,3) ja nende vesilahused, üldisemalt ka teiste leelimetallide (kaalium, liitium) silikaadid.

Omadused

Värvusetud kristalsed või klaasjad kõrge sulamistemperatuuriga (> 800 °C) tahkised, vesilahustena erineva viskoossusega läbipaistvad aluselised vedelikud. Na-metasilikaadi Na₂SiO₃ tihedus on 2400 kg/m³ ja sulamistemperatuur 1088 °C.

Saamine

Kvartsliiva (SiO₂) ja pesusooda (Na₂CO₃) kokkusulatamisel erinevas vahekorras:

Na₂CO₃ + nSiO₂ = Na₂O×nSiO₂ +CO₂

Rakendused

Liimina (tuntud varem nn kontoriliimina*). Ehituses krohv- ja betoonpindade tihendamiseks, silikatiseerimiseks ja niiskuskindluse tõstmiseks. Kaalium-vesiklaas on aluseks ilmastikukindlatele** silikaatvärvidele (silicate paints) [01.01.08]. Puidu töötlemiseks selle niiskuse- ja kahjurikindluse tõstmiseks. Vesiklaasiga impregneerimine suurendab materjalide tulekindlust. Puhastusvahendite ja tahkiskatalüsaatorite tootmiseks. Paberitööstuses pulbi valgendamisel. Korrosioonitõrjeks veetorustikes [2]: Na-silikaadi lisamine veele tekitab toru sisepinnale ränioksiidse kaitsekihi. Vesiklaasi lisamine mootori jahutusvedelikule aitab sulgeda mikromõrasid ja kaotada lekke (kõrgemal temperatuuril väljasadestuv ränioksiid täidab ja sulgeb prao). Vesiklaasi saab kasutada ebasoovitavaid (sh radioaktiivseid) ioonseid lisandeid sisaldavate heitvete töötlemiseks, kus kahjulikud ained immobiliseeruvad lahustumatutesse ühenditesse.

Ajalooliselt kasutatud kanamunade säilivusaja pikendamiseks – muna kastmisel vedelklaasi saadav kate hoiab ära bakterite tungimise munasse ja vee aurumise munast.

*Mis liimina muidugi suurem asi polnud – aluselise reaktsiooni ja tahke vesiklaasi rabeduse tõttu kahjustas ta ajapikku tugevasti liimitavaid pindu, nt paberit.

**Võib küsida, et kuidas saab vees lahustuv aine olla ilmastikukindel? Püsivuse annab silikaatvärvidele keemiline reaktsioon aluspinnaga (silikatiseerumine), mille tulemusel moodustuvad vees lahustumatud silikaadid (eelkõige kaltsiumi ühendid). Seetõttu ei sobi silikaatvärvid igasugusele aluspinnale, vaid on kasutatavad eelkõige krohvi- ja betoonpindadel.

Näidised

E98.1. Na-vesiklaas Profix on hägune hallikas vedelik (läbipaistvus mõni sentimeeter).

E98.2. Tahkunud vesiklaasi tilk paberil, läbimõõt 20 mm, paksus 3 mm.

Demod, katsed

D98.1. “Keemiline aed” (Chemical garden) [3, 4] on demoeksperiment, kus Na-silikaadi vesilahusele lisatakse vees lahustuvate üleminekumetallide soolade tahkeid kristalle. Nende metallide silikaadid on vees aga lahustumatud ja keemilisel reaktsioonil tekkivad lahustumatud kolloidoskesed moodustavad kristalli ümber poolläbilaskva membraani (laseb läbi veemolekule, ei lase aga hüdratiseerunud metalliioone). Membraani sees kasvav osmootne rõhk purustab lõpuks ühes punktis membraani, sellest väljapaiskuv kontsentreeritud soolalahus sattub uuesti kontakti vesiklaasi lahusega ja kogu protsess kordub. Tulemusena moodustuvad lahuses metallosilikaatidest seintega ülespoole kasvavad “torud” – kogu protsess meenutab bioloogilist kasvu, siit ka eksperimendi nimetus. Kuigi nähtust on tuntud juba sajandeid ja selle visuaalset atraktiivsust ka kasutatud ka keemia populariseerimisel (Magic rocks demokompletid), vähendab ta didaktilist väärtust protsessi seesmine keerukus. Pildil on Na-vesiklaasis (lahjendatud Profix: E98.1) vasksulfaadi (vaskvitriol) kristallist (laius ca 15 mm) kasvatatud “aed”, kujunenud ca 1 h jooksul.

Peenimate vasksilikaattorukeste läbimõõt on oluliselt väiksem kui 0.1 mm (must-valge foto, suurendatud kontrast, 90° pööratud).

Ülalkujutatud “aed” 12 h pärast, pikimad “kasvud” on jõudnud lahuse pinnani (sügavus 65 mm).

“Liigirikkama” ja värvilisema “aia” saab kasutades erinevaid soolasid. Piltidel kuuluvad valged “kasvud” kaltsiumkloriidile (CaCl₂), sinised koobaltkloriidile (CoCl₂) ja keskmine jäme punakaspruunikas “võrse” raud(III)kloriidile (FeCl₃). Viimase aine vesilahust kasutatakse vase söövitamiseks elektroonikaskeemide trükkplaatidel, tema hea lahustuvuse tõttu võib “rauataime” kasv olla päris kiire reaalajas.

“Rauataime” kasv reaalajas

Viited:

1. Sodium silicate. Wikipedia [30.12.07]
2. J. L. Thompson et al, “Sodium Silicate Corrosion Inhibitors: Issues of Effectiveness and Mechanism”, Industrial Chemical Division, PQ Corporation, Report 12, 1997 [30.12.07]

“Kristallisatsiooninõu, milles kõike seda näha võis, oli kolmveerandini kergelt limase veega, nimelt lahjendatud vesiklaasiga täidetud ja liivasest põhjast pürgis ülespoole eri värvi taimede pisike groteskne maastik, vegetatsioonisasi sinistest, rohelistest ja pruunidest võrsetest, mis meenutasid vetikaid, seeni, paigalpüsivaid polüüpe, samuti samblikke, merikarpe, viljapäid, puukesi – kõige kummalisemat, mis eales mu silma alla sattunud: kummalist mitte niivõrd oma tõepoolest veidra ja hämmastava välimuse, kuivõrd oma sügavalt nukra loomu poolest. Sest kui isa Leverkühn meie käest küsis, mida me sellest arvame, ja me kõheldes talle vastasime, et need on ehk taimed, ütles ta: “Ei, seda nad ei ole, teevad ainult niisuguse näo. Aga ärge neist seepärast vähem lugu pidage! Just seetõttu, et nad niisuguse näo teevad ja kõigest hingest selle poole püüavad, väärivad nad lugupidamist.”

Tuli välja, et need taimed on täielikult anorgaanilist päritolu, tehtud ainete abil, mis apteegist “Õndsad Käskjalad” saadud. Enne kui Jonathan vesiklaasilahuse peale valas, oli ta nõu põhjas asuvale liivale puistanud mitmesuguseid kristalle, kui ma ei eksi, siis kroomhappekaaliumi ja vasesulfaadi omi, ja sellest külvist oli “osmootiliseks rõhuks” nimetatava füüsikalise protsessi tulemusel tekkinud too haletsusväärne aretis, millele tema hooldaja kohe veel tungivamalt meie sümpaatiat püüdis võita. Ta näitas meile nimelt, et need kurvad elujäljendajad olid valgushimulised, “heliotroopsed*”, nagu teadus elust seda nimetab. Katnud akvaariumi kolm külge kinni, asetas ta selle päikesevalguse kätte, ja ennäe, kogu see kahtlane klikk – kõik need seened, falloslikud polüübivarred, tillukesed puud ja vetikalibled koos lõpuni vormimata ihuliikmetega – kallutas end klaasanuma selle tahu poole, mille läbi langes valgus, pealegi niisuguse sooja- ja rõõmuihaldusega, et nad lausa klammerdusid ja kleepusid klaasruudu külge.

“Ja seejuures on nad ju surnud,” ütles Jonathan ning pisarad tungisid talle silma, kuna Adrian, nagu ma hästi nägin, tagasihoitud naerust vappus.

Mis minusse puutub, siis arvan, et jäägu igaühe enda otsustada, kas nutta või naerda. Ütlen ainult ühte**: taolisi lummutisi esineb üksnes looduses ja eriti just inimese poolt kiusatud looduses. Väärikas humanitaarteaduste valdkonnas ollakse seesuguste kummituste eest kaitstud.” /koostaja esiletõsted, vt kommentaare allpool/

Thomas Mann “Doktor Faustus” (tõlge Helga Kross), ER, 1987 (lk 21-22)

Eelnev on küllap unikaalne näide sellest, kus nii kõrgetasemelises ilukirjanduslikus teoses on nii detailselt tutvustatud loodusteaduslikku eksperimenti, millel puudub otsene praktiline väärtus.

* Väidetavat heliotropismi (fototropismi) hetkel kommenteerida ei oska

** Jäägu iga lugeja otsustada, kas ta selle dr. phil. Serenus Zeitblomi arvamusega nõustub või mitte. Ja kas see teeb humanitaarteadused mõnedest teistest teadustest väärikamaks.

Tänu: Tea Avarmaa, Aarne Maaroos

Koostas: JK