硅酸鈉（鈉 Silicates），俗稱泡花堿，是一種無機化合物，化學式為Na?O·nSiO?，其水溶液俗稱水玻璃，是一種礦黏合劑。硅酸鈉是一種可溶性的無機硅酸鹽，具有廣泛的用途。其外觀為無色、略帶顏色的半透明或透明塊狀玻璃體。是由堿金屬氧化物與二氧化硅（SiO?）組合成的金屬硅酸鹽物質，具有較高的熱穩定性，可承受高達1100 ℃的高溫。
硅酸鈉無毒、不易燃、不易揮發，易硬化、堿性強、具有腐蝕性。工業硅酸鈉的常用制備方法有干法和濕法兩種。干法又包括碳酸鈉法、硫酸鈉（硫酸鈉）法、氯化鈉法；濕法以液體純堿和石英砂為原料，加溫、加壓反應后得到液體產品。其作為基材、中間體或載體可應用于化工、食品、冶金、油田鉆井、機械鑄造、紡織、建筑和農業等諸多行業領域。
發現及研究歷史
硅酸鈉礦物最初通過在近地平線中蒸發高堿性間接鹽水形成，最常見的原始硅酸鈉是麥羥硅鈉石（magadiite）、水羥硅鈉石（kenyaite）和水硅鈉石（kanemite），其分子結構式分別為NaSi?O??(OH)?·3H?O、NaHSi?O?(OH)?·2H?O和NaSi??O??.?(OH)?·3H?O。
硅酸鈉的工業發展始于19世紀初，德國率先使用原料為碳酸鈉與石英砂，經熔化、冷卻及粉碎工藝后生產出可溶于水的硅酸鈉。當時的歐洲利用硅酸鈉的三個主要用途是：對窗簾加工處理以降低其可燃性；土工織物制造中作為糞便代替物以及生產條形肥皂。到19世紀中葉時期，德國研究員瓦克爾（Walcker）、法國研究員庫爾曼（Kuhlmann）和英國研究員哥薩奇（Gossage）研究并成功生產了數種硅酸鹽。在美國，進口的硅酸鹽也被用作大炮和處理木制碼頭的防腐涂層。
南北戰爭期間，為使用硅酸鈉替代洗衣皂中的松香，北美地區開始進行硅酸鈉的大規模商業生產。硅酸鈉是強堿弱酸的無定形聚合物鹽，提供了高堿性溶液，使其成為制作棒皂和生產后來的洗滌劑的主要成分。硅酸鈉商業可用性的增加主要基于其物理性質，即高濃度硅酸鈉溶液的玻璃性質使其成為有效的粘合劑。后來硅酸鈉還用于制造硅質材料的可溶性硅酸鹽，包括堿性合成顏料、填料、凝膠、粘土和沸石。彼時，硅酸鹽原料被視為增值砂。
目前使用現代分析技術，含有聚合硅酸鈉物質的溶液的結構和化學性質得到了更好的表征，這種對硅酸鈉專業知識的進一步了解有助于在當前硅酸鈉市場的進一步發展以及開發新的市場。
物質結構
分子結構
在形成可溶性硅酸鈉時，Na?和O2?被引入石英網絡中，破壞硅氧烷鍵硅O-Si，形成SiO?位點，即非橋接氧原子。Na?被認為不均勻地分布在無規則的二氧化硅網絡的間隙中。它們產生富含SiO?聚合物的區域和其他富含陽離子的區域。SiO?/Na?O比例為1的熔體或玻璃，即偏硅酸鈉，具有高比例的（SiO?3?）n鏈。
Si與O在原子結合成鍵時，Si原子外層3S電子受激發躍遷到3P空軌道上進行等性雜化，形成四個鍵能、鍵角及電子自旋方向都相等的SP3雜化軌道。將雜化軌道和未雜化軌道進行比較，電子云在空間的伸展方向發生了變化，相應的電子云分布會更集中，更有利于滿足軌道最大程度的重疊。所以，雜化軌道的成鍵能力強于未雜化的各類原子軌道的成鍵能力，這是水溶液硅酸鈉分子結構的特殊性之一。
四個SP3雜化軌道與四個O原子的未成對電子以δ鍵的形式相結合形成共價鍵，同時因為O原子的電負性很大，所形成的Si-O鍵為極性共價鍵，氧原子的一邊帶負電荷，與Na?以離子鍵的形式相結合。
空間幾何構型
硅酸鈉由單硅酸（正硅酸）離子SiO???組成，Si-O鍵的成鍵特性決定了其空間幾何構型為正四面體結構。四個O原子占據正四面體的各個頂點，Si原子位于正四面體中心，形成正四面體的基本結構單元SiO???。該基本結構單元能夠以不同方式結合成鏈狀、環狀、層狀和立方網格結構的陰離子。
硅酸陰離子有單硅酸（SiO???）、二硅酸、三硅酸、四硅酸、環四硅酸、環六硅酸、立方八硅酸等低聚合度的硅酸?以及立方八硅酸的縮聚產物（高聚硅酸）。幾種簡單的SiO???空間幾何構型如圖所示：
單硅酸（正硅酸）（SiO???）的空間幾何構型
二硅酸（Si?O?2?）的空間幾何構型
陰離子通過金屬Na?連接，SiO???正四面體通過共用不同的O原子數而形成不同的硅氧基團的陰離子。
硅酸聚合時一般不生成長直鏈的聚合物，?而更傾向于生長聚合為環狀或雙環籠狀聚合物，?其聚合度介于15～150?之間。
理化性質
物理性質
硅酸鈉為粉末狀或片狀的透明或略帶顏色的固體，其物理性質受物質內SiO?與Na?O的摩爾數比影響，每摩爾硅酸鈉中SiO?與Na?O的摩爾數比稱為模數，記為M。模數（M）是硅酸鈉最重要的特性參數，與其堿性和溶解度成反比。模數增大，SiO?的比例增高，即Si含量增多，硅酸鈉粘度增大，更易發生分解反應和硬化。此外，模數變化會使硅酸鈉聚合度也產生改變，其水解產物中硅酸鈉組分也相應改變，因此不同模數的硅酸鈉的實際應用及商業價值差異很大。商業硅酸鈉產品的模數（M）通常在0.5~4.0之間變化，最常見的可溶性硅酸鹽的模數值為3.3。
常見的硅酸鈉水合物，即偏硅酸鈉系，其化學通式為Na?SiO?·nH?O。常見的硅酸鈉水合物有：無水硅酸鈉（Na?SiO?）、五水硅酸鈉（Na?SiO?·5H?O）、六水硅酸鈉（Na?SiO?·6H?O）、九水硅酸鈉（Na?SiO?·9H?O）。硅酸鈉水溶液表現為堿性，不溶于乙醇，但乙醇可使硅酸鈉從其水溶液中析出。水合硅酸鈉具有斜方、三斜晶系和單斜晶系，易溶于水且在熱水中溶解速度更快。
幾種常見硅酸鈉的物理性質如下表所示：
化學性質
熱穩定性
固體硅酸鈉加熱極難分解，即使在高溫條件下使其熔融也很難分解成其它物質。由于正離子的極化力和陰離子的變形性以及含氧酸根的性質使得固體硅酸鈉在高溫下難以分解。
水解
硅酸鈉為弱酸強堿鹽，與水發生反應可水解生成氫氧化鈉，因此使得硅酸鈉溶液呈堿性。模數與濃度會影響硅酸鈉的水解，其水解產物大多難以電離，故水解反應較強烈。硅酸鈉溶液為膠體溶液,其膠粒帶負電。
反應式如下：
與酸堿的反應
因硅酸鈉溶液呈堿性，加酸（有機酸或無機酸）易發生分解沉淀析出無定形二氧化硅（SiO?）凝膠體。
與硫酸反應式如下：
硅酸鈉與堿土金屬離子反應發生絮凝,生成白色凝膠沉淀,最終生成的水合硅酸鹽為凝膠體。
與氫氧化鈣反應式如下：
金屬離子置換反應
硅酸鹽的沉淀是硅酸鹽分子通過多價陽離子（主要是）的交聯，多價金屬陽離子可與硅酸鈉發生置換反應，生成在較寬pH范圍內不易溶解的金屬硅酸鹽沉淀。
與氯化鈣反應式如下：
硬化
液體硅酸鈉與空氣中的CO?反應,生成無定形硅酸,隨后緩慢干燥即硬化。即使硬化過程較為緩慢，但液體硅酸鈉仍應該進行密封存儲。
硬化反應式如下：
如需使液體硅酸鈉發生硬化，通常可進行加熱或加入氟硅酸鈉使硬化過程加速，硅酸鈉的模數、密度和環境的溫濕度會對液體硅酸鈉的硬化速度產生影響。
制備方法
干法
碳酸鹽法
原料：石英砂和純堿
制備方法：將原料磨細后按一定比例均勻混合，在高溫（約1400 ℃~1500 ℃）下硅砂被純堿大量熔解制得熔融態硅酸鈉,出料后使之定型制備為塊狀或呈灰色或綠色的顆粒狀產物。如果制備液體硅酸鈉產物，則還要常壓蒸煮或高壓溶解。
反應式如下：
制備流程如下：
硫酸鈉法
原料：芒硝、煤粉（或碳粉）和石英砂
制備方法：將原料均勻混合，在高溫下制得熔融態硅酸鈉，出料后經淬冷、溶解、沉淀、濃縮后制得硅酸鈉產物。
反應式如下:
該生產工藝制備簡單，所用的原料價格低廉、易獲取，因此該生產工藝有部分生產企業使用。但由于該方法的生產過程中，會有大量二氧化硫排出，導致污染嚴重，因此該方法已被淘汰。
制備流程如下：
濕法
制備方法：將原料置于加壓釜中，在蒸汽加熱條件下進行攪拌混合，使其于2-3個大氣壓下發生反應生成硅酸鈉液體。
反應式如下:
濕法工藝反應進程慢，最大的缺陷是無法制備高模數液體硅酸鈉，因此該工藝的實際應用受到一定限制。
應用領域
根據硅酸鈉的物理化學性質，可作為硅化合物的基本原材料。無論是直接作為基材、中間體還是載體，均具有很大的應用空間。其應用領域十分廣泛，在化工、食品行業、冶金、機械鑄造行業、紡織工業、建筑及建材行業、農業等領域均有應用。
洗滌劑
洗滌劑和清潔產品曾經是硅酸鈉的最大市場，堿性硅酸鹽在陰離子表面活性劑的有效范圍內起緩沖作用，并通過其堿度幫助油脂皂化，硅酸鈉具有極強的pH值緩沖能力，因此在?酸性污垢洗滌過程中?不會因污垢進入而導致洗滌液pH值的明顯下降?，從而保證洗滌液的去污垢性能?，提高復洗能力。
石油鉆井
硅酸鈉通常被用作化學灌漿材料，尤其用于高滲透地層的鉆探，當硅酸鈉和等活性劑的水混合物注入地下時，硅酸鹽溶液會反應形成膠體，膠體進一步聚合形成凝膠。該特性已用于水基鉆井液系統，以防止在鉆探高滲透地層時流體流失，特別是在鉆井和竣工作業中常為使用。
建筑行業
無定形硅酸鈉是最早用作建筑商的化合物之一，此外液體硅酸鈉也可用于建筑行業，目前混凝土材料的養生及修補、磚墻裂縫修補、加速混凝土硬化、建筑材料表面涂層、軟土地基加固和人工塊石生產都可見到液體硅酸鈉的存在。此外，液體硅酸鈉還可制造很多建筑制品，例如：多孔性硅酸鹽保溫材料，耐酸性水泥以及用于不同場合的灰泥等。可溶性硅酸鹽也可以與化硅或二氧化硅反應，以生產低收縮和接近鋼的熱膨脹的耐酸水泥。
粘合劑
在鑄造行業制造砂模時，硅酸鈉粘合劑通常因其高強度、熱穩定性良好、低成本和低污染而受到廣泛使用。硅酸鈉粘合劑主要是應用于制作瓦楞紙箱，木材粘合，金屬材料粘合到各種基材上，玻璃材料粘合于瓷器、皮革等組件上等。
水處理
對于水廠混凝—沉淀—過濾—消毒的常規水處理工藝中，活化硅酸鈉可用作助凝劑，此外，硅酸鈉還可用于改性凈水污泥吸附劑，用于去除水中的氨氮。
耐火材料
硅酸鈉膠泥是一種無機膠泥材料，是不定型耐火材料中的一類。硅酸鈉型膠泥所用原料來源廣、成本低，可用于膠泥用量大的建筑物，既滿足技術要求，又能降低構筑物成本。
其他
硅酸鈉還可用于光學玻璃應用以及防碎玻璃制造；作為一種安全的化合物可直接接觸食品成分，可用作清洗水果、蔬菜和堅果的加工助劑；在造紙行業，硅酸鈉可用于廢紙脫墨助劑、過氧化氫漂白和造紙微粒助留劑以及水處理中的絮凝劑等。
安全事宜
運輸事宜
運輸部（DOT）規定，只有高堿性形式的可溶性硅酸鹽才是危險的運輸材料，液態硅酸鹽以桶或散裝的形式進行運輸。散裝貨物通過卡車、鐵路或油輪運輸；大體積通過重力或泵送輸送。
由于粉狀硅酸鹽的吸濕性，應控制儲存箱的濕度，并盡量減少CO?的吸收。如果預期濕度過高或儲存時間過長，可能需要額外的保護。
儲存
硅酸鈉應與其他堿貯存在陰涼、干燥、通風良好的地方，并與酸分離。
火災處理
小火：干粉、二氧化碳或水噴霧滅火。
大火：干粉、二氧化碳、抗酒精泡沫或水噴霧滅火。在安全的情況下，將未損壞的容器移動遠離火源周圍區域。
涉及汽車/拖車負載的火災：從最大距離滅火或使用無人設備或監視噴嘴，用大量的水冷卻容器直到大火熄滅。當排氣安全裝置發出上升聲音或儲罐變色時，應立即撤離。
泄漏處理
將泄漏的硅酸鈉清理至塑料容器中，首先對泄漏區域進行潤濕防止揚塵，再用稀酸（最好為冰醋）小心中和殘余的硅酸鈉物質，然后用大量水沖凈。清理時需使用個人防護用具：適用于有害顆粒物的P2過濾呼吸器。
參考資料 >
國際化學品安全卡, 硅酸鈉.icsc.brici.ac.2023-04-16
年產 30000 噸高純硅酸鈉(泡花堿)項目.洋縣人民政府.2025-06-01