Hostname: page-component-586b7cd67f-t7czq Total loading time: 0 Render date: 2024-11-22T17:04:49.776Z Has data issue: false hasContentIssue false

Tris(Acetylacetonato)Silicon(IV) Binding to Montmorillonite and Hydrolysis to Interlayer Silicic Acid

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Charles G. Manos Jr.*
Affiliation:
Department of Crop and Soil Science, Michigan State University, East Lansing, Michigan 48824
M. M. Mortland
Affiliation:
Department of Crop and Soil Science, Michigan State University, East Lansing, Michigan 48824
Thomas J. Pinnavaia
Affiliation:
Department of Chemistry, Michigan State University, East Lansing, Michigan 48824
*
1Present address: Department of Agronomy, Cornell University, Ithaca, New York 14853.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

The reactions of the tris(acetylacetonato)silicone(IV) cation (Si(acac)3+) with Na+-, Mg2+-, and Co2+-exchange forms of hectorite and montmorillonite have been investigated to understand better the formation process of clays pillared by silicic acid. In acetone as the solvating medium, Si(acac)3+ binds to the Na+- and Mg2+-clays with the desorption of only a small fraction (~5%) of the initial exchange cation, suggesting that the complex binds as the ion pair [Si(acac)3+][Cl]. With the Co2+-clays, however, the exchange cation is desorbed quantitatively, and Si(acac)3+ binding is accompanied by the formation of an acetone-solvated CoCl2 solution complex which helps to drive the ion-exchange reaction. Thus, Co2+-smectites react with Si(acac)3+ in acetone to produce homoionic Si(acac)3+ intercalates, whereas Na+-and Mg2+-smectites produce mixed-ion intercalates. The interlayer hydrolysis of Si(acac)3+ to silicic acid in the homoionic Si(acac)3+- and mixed-ion Na+/Si(acac)3+- and Mg2+/Si(acac)3+-exchange forms of montmorillonite films is diffusion controlled. In water as the solvating medium, the reaction of Si(acac)3+ with Mg2+- or Co2+-montmorillonite results in the desorption of the exchange cations on a time scale which is comparable to that observed for the solution hydrolysis of Si(acac)3+. Thus, the precipitation of silicic acid from aqueous solution competes strongly with the formation of interlayer silicic acid. With aqueous Na+-montmorillonite dispersions, however, a significant fraction of the exchange cations desorbed rapidly upon Si(acac)3+ binding, and the formation of interlayer silicic acid is favored over the precipitation of Si(OH)4.

Резюме

Резюме

Реакции катиона три(ацетилацетонато)силикона(IV) (Si(acac)3+) с Na+-, Mg2+-, и Co2+-об-менными формами гекторита и монтмориллонита исследовались для лучшего понимания процесса формирования глин поддерживанных кремневой кислотой. При использовании ацетона как растворителя, Si(acac)3+ связывается с Na+- и Mg2+-глинами, причем только небольшая часть (~5%) начального обменного катиона является десорбированной, указывая на то, что комплекс связан в виде пара ионов [Si(acac)3+][Cl]. В случае Co2+-глин, одинако, обменный катион десорбируется количест-венно, и связь Si(acac)3+ сопутствует формированию растворенного ацетоном комплекса CoCl2 в растворе, который помагает течению ионо-обменной реакции. Результатом реакции Co2+-смектитов с Si(acac)3+ в присутствии ацетона являются однородные интеркалаты Si(acac)3+ а реакции Na+- и Mg2+-смек-титов—смешано-ионные интеркалаты. Межслойный гидролиз Si(acac)3+ на кремневую кис-лоту в однородных Si(acac)3+ и смешано-ионных Na+/Si(acac)3+- и Mg2+/Si(acac)3+-обменных формах фильмов монтмориллонита является дифузионно контролированным. Результатом реакции Si(acac)3+ с Mg2+ или Co2+ в присутствии воды является десорбция обменных катионов по времени сравнима со временем наблюденным для гидролиза Si(acac)3+ в растворе. Таким образом, осаждение кремневой кислоты из водного раствора конкурирует сильно с формированием межслойной кремневой кислоты. В случае водной дисперсии Na+-монтмориллонита, одинако, значительная часть обменных катионов быстро десорбируется на связи Si(acac)3+, и формирование межслойной кремневой кислоты превалирует над осаждением Si(OH)4. [E.G.]

Resümee

Resümee

Um den Bildungsprozeß von Tonen mit Kieselsäureeinlagerungen besser zu verstehen, wurden die Reaktionen des Tris(acetylacetonato)silicon(IV)-Kations (Si(acac)3+) mit Na+-, Mg2+-, und Co2+-aus-getauschten Formen von Hektorit und Montmorillonit untersucht. Si(acac)3+ bindet sich in Aceton als Lösungsmittel an die Na+- und Mg2+-Tone unter der Desorption eines nur geringen Anteils (~5%) der ursprünglichen Austauschkationen. Dies deutet darauf hin, daß sich der Komplex wie das Ionenpaar [Si(acac)3+][C1] bindet. Im Fall der Co2+-Tone wird das Austauschkation jedoch quantitativ desorbiert, und die Si(acac)3+-Bindung erfolgt durch die Bildung eines Aceton-gelösten CoCl2-Lösungskomplexes, der die Ionenaustauschreaktion vorantreibt. Daher führt die Reaktion von Co2+-Smektiten mit Si(acac)3+ in Aceton zur Bildung von homoionischen Si(acac)3+-Einschaltungen, während die Reaktion mit Na+-und Mg2+-Smektiten zur Bildung von Einlagerungen mit verschiedenen Ionen führt. Die Zwischenschichthydrolyse von Si(acac)3+ zu Kieselsäure in den homoionischen Si(acac)3+- und in den gemischten Na/Si(acac)3+- und Mg2+/Si(acac)3+-Austauschformen der Montmorillonitfilme wird durch Diffusion kontrolliert. Wenn Wasser das Lösungsmittel ist, so führt die Reaktion von Si(acac)3+ mit Mg2+- oder Co2+-Montmorilloniten zur Desorption der Austauschkationen mit einer Geschwindigkeit, die mit der vergleichbar ist, die man für die Lösungshydrolyse von Si(acac)3+ beobachtet hat. Daher wetteifert die Ausfällung von Kieselsäure aus wässriger Lösung mit der Bildung von Zwischenschichtkieselsäure. Im Fall von wässrigen Na+-Montmorillonit-Suspensionen desorbiert jedoch ein beachtlicher Anteil der Austauschkationen sehr schnell gleich nach der Si(acac)3+-Bindung, und die Bildung von Zwischenschichtkieselsäure wird im Vergleich zur Ausfällung von Si(OH)4 gefördert. [U.W.]

Résumé

Résumé

Les réactions du cation tris(acétylacetonato)silicon(IV) (Si(acac)3+) avec des formes d’échange-Na+, -Mg2+, et -Co2+, d'hectorite et de montmorillonite ont été investiguées pour mieux comprendre le procédé de formation d'argiles à acide silicique à piliers. Dans l'acétone comme moyen solvant, Si(acac)3+ se lie aux argiles Na+ et Mg2+ avec la désorption d'une petite fraction seulement (~ 5%) du cation d’échange initial, suggérant que le complexe se lie en tant que pair d'ions [Si(acac)3+][C1]. Avec les argiles Co2+, cependant, le cation d’échange est désorbé quantitativement, et la liaison de Si(acac)3+ est accompagnée de la formation d'un complexe CoCl2 en solution, solvaté dans l'acétone, qui aide à pousser la réaction d’échange d'ions. Les smectites-Co2+ réagissent ainsi avec Si(acac)3+ dans l'acétone pour produire des intercalates homoioniques Si(acac)3+, tandis que les smectites-Na+ et Mg2+ produisent des intercalates à ions melangés. L'hydrolyse interfolaire de Si(acac)3+ en acide silicique dans les formes d’échange-Si(acac)3+ homoionique, et -Na/Si(acac)3+ à ions melangés, et -Mg2+/Si(acac)3+ de films de montmorillonite est contrôlée par la diffusion. Dans l'eau comme moyen solvant, la réaction de Si(acac)3+ avec la montmo-rillonite-Mg2+ ou -Co2+ résulte en la désorption des cations d’échange sur une échelle de temps qui est comparable à celle observée pour l'hydrolyse de solution de Si(acac)3+. La précipitation d'acide silicique à partir de solution aqueuse est ainsi en forte compétition avec la formation d'acide silicique interfolaire. Avec les dispersions aqueuses de montmorillonite-Na+, cependant, une fraction significative des cations d’échange désorbe rapidement lors de la liaison de Si(acac)3+ et la formation d'acide silicique interfolaire est favorisée par rapport à la précipitation de Si(OH)4. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1984, The Clay Minerals Society

References

Barrer, R. M., 1978 Zeolites and Clay Minerals 6 256338.Google Scholar
Berens, A. R., 1978 Analysis of transport behavior in polymer powders J. Membrane Sci. 3 247264.CrossRefGoogle Scholar
Brindley, G. W. and Sempels, R. E., 1977 Preparation and properties of some hydroxy-aluminum beidellites Clay Miner. 12 229236.CrossRefGoogle Scholar
Brindley, G. W. and Yamanaka, S., 1979 A study of hydroxy-chromium montmorillonites and the formation of the hydroxy-chromium polymers Amer. Mineral. 64 830835.Google Scholar
Dhar, S. K., Doron, V. and Kirschner, S., 1959 Six coordinate silicon(IV). The hydrolysis and racemization of the tris(acetylacetonato)silicon(IV) cation J. Amer. Chem. Soc. 81 63726375.CrossRefGoogle Scholar
Endo, T., Mortland, M. M. and Pinnavaia, T. J., 1980 Intercalation of silica in smectite Clays & Clay Minerals 28 105110.CrossRefGoogle Scholar
Endo, T., Mortland, M. M. and Pinnavaia, T. J., 1981 Properties of silica-intercalated hectorite Clays & Clay Minerals 29 153156.CrossRefGoogle Scholar
Lahav, N., Shani, U. and Shabtai, J., 1978 Cross-linked smectites. I. Synthesis and properties of hydroxy-aluminum montmorillonite Clays & Clay Minerals 26 107115.CrossRefGoogle Scholar
Lussier, R. J., Magee, J. S. and Vaughan, D. E. W., 1980 Pillared interlayered clay (PILC) cracking catalysts—preparation and properties Preprints, 7th Canadian Symp. Catal., Edmonton, Alberta, October 19–22 8895.Google Scholar
Parfitt, R. L. and Mortland, M.M., 1968 Ketone adsorption on montmorillonite Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 32 355363.CrossRefGoogle Scholar
Riley, R. F., West, R. and Barbarin, R., 1963 Tris(acetylacetonato)silicon chloride hydrochloride and some derivatives Inorg. Syn. 7 3033.CrossRefGoogle Scholar
Shabtai, J., Lazar, R. and Oblad, A.G., 1980 Acidic forms of cross-linked smectites—a novel type of cracking catalyst Proc. 7th Intern. Conf. Catal., Tokyo, July 1–4, 1980 .CrossRefGoogle Scholar
Thompson, D. W., 1969 A new β-diketonate complex of silicon(IV) Inorg. Chem. 8 20152018.CrossRefGoogle Scholar
van Olphen, H., 1977 An Introduction to Clay Colloid Chemistry 2nd ed New York Wiley 2028.Google Scholar
Vaughan, D. E. W., Lussier, R. J. and Rees, L. V. C., 1980 Preparation of molecular sieves based on pillared interlayered clays (PILC) Proc. 5th Intern. Conf. Zeolites, Naples, 1980 London Heyden 94101.Google Scholar
Yamanaka, S. and Brindley, G. W., 1979 High surface area solids obtained by reaction of montmorillonite with zirconyl chloride Clays & Clay Minerals 27 119124.CrossRefGoogle Scholar
Yamanaka, S., Yamashita, G. and Hattori, M., 1980 Reaction of hydroxy-bismuth polycations with montmorillonite Clays & Clay Minerals 28 281284.CrossRefGoogle Scholar