硅酸的研究

1955 年，西北黄土高原的土壤加固研究工作需要找出影响酸胶凝材料作用的因素。这是一个古老的课题，国际上已研究了一个多世纪，虽然积累了大量资料，但多为片面、分散的结果，而且不少还是相互矛盾的。当时，南京大学科研的设备条件还不理想，戴安邦却欣然承担了这个课题，他带领助手较全面地研究了酸度、浓度、温度和外加盐等因素对硅酸聚合作用的影响，根据所得结果提出硅酸聚合作用理论。该理论首次说明了各种因素对硅酸聚合而成凝胶作用的影响，尤其是酸度的影响。图 1 是硅酸钠溶液以乙酸为胶凝剂的胶凝时间 t(分)的对数 lgt 与溶液起始 pH 的关系曲线。由此图可见实验值和理论曲线符合一致。

根据硅酸聚合理论，溶液中的单硅酸负离子[SiO (OH) ]^2-酸化时， 在聚合之前，视加酸量的多少，经历以下各步反应：

H^{+与硅酸根的 O 结合，使 Si—O 键增长，在 Si 周围的 O 全部质子化后，配位数即由 4 增至 6，也即(Ⅲ)→(Ⅳ)，但均仍属 H2A 中性分子。继}

续加氢离子，即由(Ⅳ)→(V)，得正硅酸离子(V)。后者已由电迁移实验所证明。上式的 K0，K1 和 K2 是各相应酸的解离常数。戴安邦的这一理论

改正了国际上流行的单一聚合机制，他认为硅酸聚合是以两种不同的机制进行的，在碱性或中性溶液中，主要是硅酸分子和硅酸负离子的氧联反应，由单酸生成双酸，双酸又以氧联反应生成多酸，继续反应直至胶凝；在酸性溶液中，主要是硅酸分子和硅酸正离子的羟联反应，由单酸

生成双酸，双酸又以羟联反应生成多酸直至胶凝。他根据这两种机制得出了硅酸胶凝时间与溶液 pH 关系的动力学公式。

图 1 的理论曲线就是按这个公式计算所得。根据上述理论，在

[H A]=[H A^{+]时，聚合速度最快，即在 lgt—PH 曲线的酸方还应有一个最低点，即理论推测不止是图 1 的 N 形曲线，而应是 W 形曲线。不久他的助手和学生用实验测得了这一最低点(图 2)，从而验证了理论的真实性。}

这是前人从未观察到的。他们由实验结果还求出了上述硅酸的解离常数

K0、K1 和 K2 的表观值和真实值。这些都表明硅酸聚合作用理论的正确性， 是对硅酸及其盐的化学的重要贡献。迄今硅酸的研究论文已发表 30 余篇，得到国内外学者的高度评价。该理论和有关数据已被国外专著及一些国些性手册所引用。这个理论为硅溶胶生产，建材、铸造、电能贮存、萃取分离和硅肺发病机制等有关硅的应用提供了理论依据，对生产和科研均有重要的指导意义。“硅酸及其盐的研究”获 1978 年全国科学大会

奖，“硅酸聚合作用理论”茶获 1982 年国家自然科学二等奖。

图 1 以乙酸为胶凝剂，硅酸钠胶凝时间和溶液 pH 的关系曲线图 2 胶凝时间和硅酸溶液 pH 的关系曲线

溶液浓度(SiO mol/dm³) (1)0.0582 (2)0.0713 (3)0.0855

(4)0.113 (5)0.129 (6)0.194