Acido ortosilicico: sintesi, usi, dimerizzazione

L’acido ortosilicico Si(OH)₄ è uno dei composti più importanti del silicio costituendo la specie di partenza per la silice e i silicati che sono le sostanze più abbondanti sulla crosta terrestre.

L’acido ortosilicico presente nei mari, nei fiumi e nel suolo in concentrazione di poche ppm. Tuttavia  svolge un ruolo chiave nel ciclo continentale del silicio attraverso i processi biotici e abiotici.
In esso il silicio, che ha numero di ossidazione +4, si trova al centro di un tetraedro equilatero in cui i gruppi -OH si trovano ai vertici.

Dimerizzazione

Esso è debolmente acido avendo un valore di pK_a di 9.8 e tende a dimerizzare secondo la reazione di condensazione:

e successivamente a dare trimeri sia lineari che ciclici detti trisilossani, e tetrameri detti tetrasilossani che costituiscono i mattoni di partenza per ottenere silice mesoporosa, zeoliti, gel di silice e siliconi materiali scarsamente solubili in acqua.

Sintesi dell’acido ortosilicico

L’acido ortosilicico viene solitamente generato dall’idrolisi di tetraalcossisilani o tetracloruro di silicio. Sebbene un’ampia varietà di materiali sia stata sintetizzata attraverso questo metodo idrolitico, il suo utilizzo limita fortemente le metodologie di sintesi applicabili.

Nelle condizioni idrolitiche, le reazioni di idrolisi e di condensazione delle specie risultanti avvengono contemporaneamente, generando in modo non selettivo varie specie intermedie; pertanto, l’acido ortosilicico ed i suoi piccoli composti di condensazione non sono mai stati isolati. Può essere ottenuto dalla reazione tra il tetrafluoruro di silicio con acqua da cui si ottiene acido ortosilicico e acido fluorosilicico:

3 SiF₄ + 4 H₂O → Si(OH)₄ + 2 H₂SiF₆
Diversi esteri dell’acido silicico sono liquidi termicamente stabili impiegati come lubrificanti e fluidi idraulici

Usi

Uno dei maggiori usi è nel campo agricolo. Il ruolo del silicio è infatti incredibilmente vasto e variegato. Il biossido di silicio non ha  attività biologica non riuscendo a penetrare all’interno delle cellule. È  quindi utilizzato l’acido ortosilicico che è assimilato dalle piante e trasportato dalla linfa. In seguito, dopo evaporazione e perdita d’acqua, polimerizza sotto forma di gel colloidale. Questo si accumula soprattutto nelle strutture cellulari più superficiali delle foglie, dei gambi e della frutta.

L’acido ortosilicico è essenziale anche per lo sviluppo e il metabolismo cellulare delle graminacee e per lo sviluppo delle ossa, del tessuto connettivo, della pelle, dei capelli e delle unghie negli esseri umani e in altri animali. Inoltre, l’acido ortosilicico e i suoi piccoli composti di condensazione, come il suo dimero (acido disilicico), trimeri lineari e ciclici (trisilossani) e tetrameri (tetrasilossani)  sono intermedi chiave nella sintesi di composti avanzati a base di ossido di silicio materiali, come silice mesoporosa, zeoliti e siliconi

L’acido ortosilicico è l’unica fonte si silicio approvata dall’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare ed è pertanto usato negli integratori alimentari. Esso contribuisce a legare il calcio nelle ossa, nella sintesi del collagene  e produzione di elastina