Ácido ortossilícico

composto químico
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Ácido ortossilícico
Alerta sobre risco à saúde
150
Identificadores
Número CAS 10193-36-9
PubChem 14942
Número EINECS 233-477-0
ChemSpider 14236
SMILES
InChI
1S/H4O4Si/c1-5(2,3)4/h1-4H
Propriedades
Fórmula química H4O4Si
Massa molar 96.09 g mol-1
Exceto onde denotado, os dados referem-se a
materiais sob condições normais de temperatura e pressão

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Alerta sobre risco à saúde.

Ácido Ortossilícico é um composto químico com fórmula Si(OH)4 que está presente quando a sílica (o dióxido de silício de fórmula SiO2) ocorre dissolvida em água em níveis de concentração próximos de 1-2 mili-molar (mmol L−1). Foi sintetizado usando soluções não aquosas. A designação ácido silícico é ambígua, pois além do tradicional uso como sinónimo de sílica, SiO2, pode ser usado para designar o composto Si(OH)4 e várias das suas variantes (os ácidos cíclico trissilícico, Si3O3(OH)6, cíclico tetrassilícico, Si4O4(OH)8, e pirossilícico (HO)3Si-O-Si(OH)3).

DescriçãoEditar

A designação ácido silícico foi tradicionalmente usada como sinónimo de sílica, SiO2. Em termos estritos, a sílica é o anidrido do ácido ortossilícico, Si(OH)4.

Si(OH)4   SiO2↓ + 2H2O

A solubilidade do dióxido de silício na água está fortemente dependente da sua estrutura cristalina. A solubilidade da sílica amorfa à pressão de vapor de soluções entre 0 to 250 C é dada pela equação:

log C = -731/T + 4.52

onde C é a concentração de sílica em mg kg−1 e T é a temperatura absoluta em kelvin (K).[1] Da aplicação da equação resulta uma solubilidade máxima de 2 mmol L−1 à temperatura ambiente. Tentativas de produzir soluções mais concentradas resultam na formação de sílica-gel.[2] Como a concentração de ácido ortossílico na água é muito baixa, os compostos presentes na solução ainda não foram totalmente caracterizados. Contudo, Linus Pauling previu que o ácido silícico seria um ácido muito fraco.[3]

Si(OH)4   Si(OH)3O + H+

A situação alterou-se em 2017, quando o monómero do ácido ortossilícico foi obtido por hidrogenólise de tetra-cis(benzoil-oxi)silano, (Si(OCH2C6H5)4, em solução em dimetilacetamida ou solventes similares. A estrutura cristalina deste composto foi determinada por cristalografia de raios X. A difracção de neutrões também foi usada para determinar a localização dos átomos de hidrogénio. O ácido di-silícico (fórmula (HO)3Si-O-Si(OH)3) foi sintetizado por hidrogenação do seu derivado hexa-benzoílo, R3-SiOSi-R3, R=CH3C6H4O. O ácido cíclico trissilícico, Si3O3(OH)6, e o ácido cíclico tetrassilícico, Si4O4(OH)8, foram também sintetizados recorrendo a variantes deste método.[4]

Com estas novas descobertas, a designação ácido silícico ficou ambígua pois além do tradicional usa como sinónimo de sílica, SiO2, agora pode ser usada para designar o composto Si(OH)4. O uso tradicional é retido neste artigo para citações das publicações que o utilizam.

O derivado Si(OH)3F foi caracterizado em soluções aquosas contendo ácido silícico e o ião fluoreto:

Si(OH)4 + F   Si(OH)3F + OH

Um eléctrodo selectivo de iões de fluoreto foi utilizado para determinar a constante de estabilidade.[5]

Ácido silícico oceânicoEditar

A parte superior da coluna de água, junto à superfície do oceano é sub-saturada em relação à sílica dissolvida, excepto ao longo da Corrente Circumpolar Antártica ao sul do paralelo 55° S. A concentração de sílica dissolvida cresce com o aumento da profundidade da água e ao longo da correia transportadora do Atlântico em direcção ao Oceano Índico e daí até ao Oceano Pacífico. As figuras abaixo foram desenhadas usando a base de dados interactiva que se regista dos valores anuais de sílica dissolvida no oceano (DSi):[6][7]

Os cálculos teóricos indicam que a dissolução da sílica na água começa com a formação de um complexo de fórmula SiO2·2H2O, que é convertido para ácido ortossílico.[11]

O ciclo da sílica é regulado por um grande grupo de microalgas conhecidas por diatomáceas.[12][13] Estas algas polimerizam o ácido silícico para formar os compostos designados por sílica biogénica, material que é utilizado para construir a parede celular das suas células, estrutura que se designa por frústula.[14]

Plantas e animaisEditar

Fora do ambiente marinho, os compostos de silício têm pouca função biológica. Pequenas quantidades de sílica são absorvidas do solo por algumas plantas, para serem excretadas na forma de fitólitos, desconhecendo-se outros usos substanciais da sílica na constituição dos seres vivos.[15]

Verificou-se que injecções subcutâneas de soluções de ácido ortossilícico (em torno de 1%) em ratinhos-de-laboratório causavam inflamação local e edema. As injecções de peritoneal de 0,1 mL de ácido recém-preparado eram frequentemente letais. A toxicidade diminuiu acentuadamente à medida que a solução envelhece, a ponto de que após a solução se transformar em gel, não tem outros efeitos além dos mecânicos. As soluções eram igualmente tóxicas quando administradas por injecção intravenosa, mas as soluções envelhecidas ou gelificadas eram tão tóxicas quanto as frescas.[2]

Pesquisas relacionadas à correlação entre o teor em alumínio e a prevalência de doença de Alzheimer incluíram o estudo da capacidade do ácido silícico na cerveja reduzir a captação de alumínio no sistema digestivo, bem como de aumentar a excreção renal de alumínio.[16][17]

O ácido ortossilicico estabilizado com colina (ch-OSA) é considerado um suplemento dietético. Foi demonstrado que evita a perda de resistência à tracção no cabelo humano;[18] tem um efeito positivo nas propriedades mecânicas e de superfície da pele e na redução da tendência à quebra dos cabelos e unhas;[19] diminuir a síndrome das unhas quebradiças;[20] prevenir parcialmente a perda óssea do fémur em ratos idosos ovariectomizados;[21] aumentar a concentração de colagénio nos músculos região posterior da perna humana (gémeos);[22] e ter um efeito potencialmente benéfico na formação de colagénio nos ossos de mulheres osteopénicas.[23]

ReferênciasEditar

  1. Fournier, Robert O.; Rowe, Jack L. (1977). «The solubility of amorphous silica in water at high temperatures and high pressures» (PDF). American Mineralogist. 62: 1052–1056 
  2. a b W. E. Gye and W. J. Purdy (1922): "The Poisonous Properties of Colloidal Silica. I: The Effects of the Parenteral Administration of Large Doses" British Journal of Experimental Pathology, volume 3, issue 2, pages 75–85. PMC 2047780
  3. Pauling, Linus (1960). The nature of the chemical bond 3rd. ed. Ithaka, New York: Cornell University Press 
  4. Igarashi, Masayasu; Matsumoto, Tomohiro; Yagahashi, Fujio; Yamashita, Hiroshi; Ohhara, Takashi; Hanashima, Takayasu; Nakao, Akiko; Moyosh, Taketo; Sato, Kazuhiko; Shimada, Shigeru (2017). «Non-aqueous selective synthesis of orthosilicic acid and its oligomers». Nature Communications. 8 (1). 140 páginas. PMC 5529440 . PMID 28747652. doi:10.1038/s41467-017-00168-5 
  5. Ciavatta, Liberato; Iuliano, Mauro; Porto, Raffaella (1988). «Fluorosilicate equilibria in acid solution». Polyhedron. 7 (18): 1773–1779. doi:10.1016/S0277-5387(00)80410-6 
  6. LEVITUS94: World Ocean Atlas 1994, an atlas of objectively analyzed fields of major ocean parameters at the annual, seasonal, and monthly time scales. Superseded by WOA98. Edited by Syd Levitus.
  7. «World Ocean Atlas 1994» 
  8. Information, US Department of Commerce, NOAA National Centers for Environmental. «World Ocean Atlas 2009». www.nodc.noaa.gov. Consultado em 17 Abril 2018 
  9. a b As cartas foram elaboradas com recurso aos dados de DSi do LEVITUS94: World Ocean Atlas 1994, an atlas of objectively analyzed fields of major ocean parameters at the annual, seasonal, and monthly time scales. Superseded by WOA98. Edited by Syd Levitus.
  10. a b «World Ocean Atlas 1994» 
  11. Bhaskar Mondal, Deepanwita Ghosh, and Abhijit K. Das (2009): "Thermochemistry for silicic acid formation reaction: Prediction of new reaction pathway". Chemical Physics Letters, volume 478, issues 4–6, pages 115-119. doi:10.1016/j.cplett.2009.07.063
  12. Siever, R. (1991). Silica in the oceans: biological-geological interplay. In: Schneider, S. H., Boston, P. H. (eds.), Scientists On Gaia, The MIT Press, Cambridge MA, USA, pp. 287-295.
  13. Treguer, P., Nelson, D. M., Van Bennekom, A. J., DeMaster, D. J., Leynaert, A. Queguiner, B. (1995). «The silica balance in the world ocean: A reestimate». Science. 268 (5209): 375–379. PMID 17746543. doi:10.1126/science.268.5209.375 
  14. Del Amo, Y., and M. A. Brzezinski. 1999. The chemical form of dissolved Si taken up by marine diatoms. J. Phycol. 35:1162-1170. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1529-8817.1999.3561162.x/abstract
  15. G.H.Snyder (2001): "Methods for silicon analysis in plants, soils, and fertilizers". Studies in Plant Science, volume 8, chapter 11, Pages 185-196 doi:10.1016/S0928-3420(01)80015-X
  16. Exley C, Korchazhkina O, Job D, Strekopytov S, Polwart A, Crome P (2006). «Non-invasive therapy to reduce the body burden of aluminium in Alzheimer's disease». J. Alzheimers Dis. 10 (1): 17–24; discussion 29–31. PMID 16988476. doi:10.3233/jad-2006-10103 
  17. González-Muñoz MJ, Peña A, Meseguer I (2008). «Role of beer as a possible protective factor in preventing Alzheimer's disease». Food Chem. Toxicol. 46 (1): 49–56. PMID 17697731. doi:10.1016/j.fct.2007.06.036 
  18. Wickett RR, Kossmann E, Barel A, et al. (2007). «Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on hair tensile strength and morphology in women with fine hair». Arch. Dermatol. Res. 299 (10): 499–505. PMID 17960402. doi:10.1007/s00403-007-0796-z 
  19. Barel A, Calomme M, Timchenko A, et al. (2005). «Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on skin, nails and hair in women with photodamaged skin». Arch. Dermatol. Res. 297 (4): 147–53. PMID 16205932. doi:10.1007/s00403-005-0584-6 
  20. Scheinfeld N, Dahdah MJ, Scher R (2007). «Vitamins and minerals: their role in nail health and disease». J Drugs Dermatol. 6 (8): 782–7. PMID 17763607 
  21. Calomme M, Geusens P, Demeester N, et al. (2006). «Partial prevention of long-term femoral bone loss in aged ovariectomized rats supplemented with choline-stabilized orthosilicic acid». Calcif. Tissue Int. 78 (4): 227–32. PMID 16604283. doi:10.1007/s00223-005-0288-0 
  22. Calomme MR, Vanden Berghe DA (1997). «Supplementation of calves with stabilized orthosilicic acid. Effect on the Si, Ca, Mg, and P concentrations in serum and the collagen concentration in skin and cartilage». Biol Trace Elem Res. 56 (2): 153–65. PMID 9164661. doi:10.1007/BF02785389 
  23. Spector TD, Calomme MR, Anderson SH, et al. (2008). «Choline-stabilized orthosilicic acid supplementation as an adjunct to Calcium/Vitamin D3 stimulates markers of bone formation in osteopenic females: a randomized, placebo-controlled trial». BMC Musculoskelet Disord. 9. 85 páginas. PMC 2442067 . PMID 18547426. doi:10.1186/1471-2474-9-85