Acido tungstosilicico

L’acido tungstosilicico o acido silicotungstico è un eteropoliacido con la formula chimica H4SiW12O40 che si presenta solitamente sotto forma idrata H4SiW12O40· n H2O. Gli eteropoliacidi (HPAs) sono degli acidi inorganici forti con ben definite strutture molecolari costituiti da ossiacidi inorganici di fosforo, silicio, e da quelli di tungsteno, molibdeno e vanadio.

eteropoliacidi
eteropoliacidi

Esempi di eteropoliacidi sono, insieme all’acido tungstosilicico, l’acido fosfotungstico H3PW12O40, e l’acido fosfomolibdico H3PMo12O40. La formula dell’acido tungstosilicico può essere scritta come 2 H2O·SiO2·12 WO3· n H2O.

A seconda del numero di molecole di acqua presenti nella struttura, l’acido tungstosilicico cristallizza secondo diversi reticoli. Cristallizza secondo in reticolo ottaedrico se n = 30, romboedrica se n = 24 e sotto forma di cristallo triclino se n = 22.

Struttura dell’acido tungstosilicico

La struttura dell’acido tungstosilicico è tipicamente quella di Keggin rappresentabile come [XM12O40]n- dove, in questo caso X è il silicio tetravalente e M è il molibdeno. Gran

struttura
struttura

parte della moderna chimica degli eteropoliacidi è incentrata sulla struttura Keggin dovuta al dottor James Fargher Keggin che, sotto la supervisione di  William Lawrence Bragg e di Linus Pauling, pubblicò nel 1933 la struttura dell’acido fosfotungstico.

La struttura è costituita da una specie tetraedrica in cui al centro si trova l’eteroatomo e ai vertici quattro atomi di ossigeno. La struttura  è costituita da dodici ottaedri {MO6} raggruppati in tre terne  di {M3O15} che si legano in modo condiviso attorno all’unità centrale {XO4}.  La struttura dimostrata, da Keggin per dell’acido fosfotungstico si è estesa anche all’acido tungstosilicico e all’acido fosfomolibdico

Sintesi

Tipicamente l’acido acido tungstosilicico viene sintetizzato dalla reazione tra il silicato di sodio e l’ossido di tungsteno (VI) in presenza di acido cloridrico secondo la reazione:
Na2SiO3 + 12 WO3 + 2 HCl + n H2O→ H4SiW12O40· (n-1) H2O + 2 NaCl

struttura di Keggin
struttura di Keggin

Stante il crescente interesse per l’acido tungstosilicico sono allo studio altre vie sintetiche. Una tra queste utilizza, quale precursore, il  paratungstato di ammonio (NH4)10 (H2W12O42)· n H2O  che è considerato il materiale di partenza per ottenere tutti i prodotti contenenti tungsteno.

A seguito di agitazione e regolando opportunamente il pH si ottiene il metatungstato di ammonio (NH4)6 (H2W12O42)· n H2O. A seguito dell’aggiunta di  acido metasilicico, in presenza di ammoniaca e a un pH compreso tra 7 e 8 si ottiene  (NH4)4 (SiW12O40) che viene fatto fluire in resine a scambio ionico per dare  acido tungstosilicico.

Usi

Uno dei più noti e sperimentati usi dell’acido tungstosilicico in qualità di catalizzatore è nella reazione tra etene e acido acetico che, a seguito di alchilazione dà luogo alla formazione di acetato di etile:
C2H4 + CH3COOH → CH3COOCH2CH3

È utilizzato in qualità di catalizzatore anche nell’ossidazione dell’etene ad acido acetico:
C2H4 + O2 → CH3COOH

L’acido tungstosilicico, con la sua vasta gamma di applicazioni, ha un ruolo fondamentale nella ricerca scientifica. Questo acido è utilizzato nelle reazioni catalitiche, funge da reagente per la sintesi di composti organici e da catalizzatore per l’ossidazione delle sostanze organiche.

Esso inoltre, contribuisce alla produzione di prodotti farmaceutici e alla produzione di wafer di silicio di elevata purezza. L’acido tungstosilicico trova impiego anche nell’ottenimento di pigmenti, coloranti e vari prodotti industriali.

Al centro della sua versatilità risiede l’attività catalitica dell’acido tungstosilicico in numerose reazioni chimiche. Esso è utilizzato per catalizzare l’ossidazione dei composti organici come, ad esempio, alcoli, aldeidi e chetoni. Inoltre, agevola l’idrolisi di esteri e ammidi, nonché la condensazione di aldeidi e chetoni.

L’acido tungstosilicico è in grado di catalizzare la disidratazione degli alcoli e la polimerizzazione delle olefine. Sfruttando il potenziale catalitico dell’acido tungstosilicico, ricercatori e chimici possono sperimentare nuovi percorsi per la sintesi di composti organici, ottenere processi di ossidazione mirati e ottimizzare le procedure di produzione.

L’acido tungstosilicico, unitamente agli eteropoliacidi è stato inoltre recentemente indicato come catalizzatore eterogeneo e omogeneo versatile, rispettoso dell’ambiente, stabile ed ecologico per una varietà di reazioni organiche.

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