Ortopiihappo

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Ortopiihappo
Orthosilicic-acid-3D-balls.png
Tunnisteet
Muut nimet Piihappo
CAS-numero 10193-36-9[1]
Ominaisuudet
Molekyylikaava H4SiO4
Moolimassa 96,113 g/mol
Liukoisuus veteen 2 mmol/L

Ortopiihappo on piin, vedyn ja hapen muodostama kemiallinen yhdiste, jonka kaava voidaan esittää muodossa H4SiO4 tai Si(OH)4. Se on heikko happo, jonka suoloja ovat ortosilikaatit. Sitä sellaisenaan voidaan valmistaa käyttämällä eräitä orgaanisia liuottimia. Sitä oletetaan muodostuvan hivenmäärinä myös piidioksidin (SiO2) liuetessa veteen.

Ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ortopiihappo oli pitkät ajat vain hypoteettinen yhdiste, jonka suoloina ortosilikaatteja pidettiin.[2][3] Nimitystä piihappo on vanhastaan käytetty sekä ortopiihaposta ja muista piitä sisältävistä hapoista, mutta myös piidioksidista (SiO2), usein tekemättä sen ja happojen välille tarkkaa eroa. Tarkkaan ottaen piidioksidi ei ole happo, mutta se on sekä orto- että metapiihapon (H2SiO3) anhydridi.

Piidioksidi liukenee erittäin niukasti veteen. Sen liukoisuus kuitenkin riippuu oleellisesti sen kiderakenteesta. Amorfisen piidioksidin liukoisuus liuoksen höyrynpaineessa riippuu 0 ja 250 C:n välillä lämpötilasta yhtälön

log C = -731/T + 4,52

mukaisesti, missä C on piidioksidin konsentraatio milligrammoina kilogrammaa kohti ja T absoluuttinen lämpötila.[4] Tämä merkitsee, että sitä voi tavallisissa lämpötiloissa liueta enintään kaksi millimoolia litraan vettä. Ortopiihappoa ei myöskään voida kiteyttää vesiliuoksesta. Sen suoloista alkalimetallien ortosilikaatit tosin ovat runsasliukoisia (vesilasi) ja reagoivat happojen kanssa, mutta tällöin syntyvä ortopiihappo hajoaa välittömästi ja saostuva silikageeli koostuu pääasiassa metapiihaposta (H2SiO3)[5] tai toisten lähteiden mukaan piidioksidista ja vedestä.[3]

Koska ortopiihapon pitoisuus vesiliuoksissa on suurimmillaankin niin vähäinen, on ollut vaikea selvittää, mitä piiyhdisteitä liuoksessa todellisuudessa on. Linus Pauling päätteli teoreettisesti, että ortopiihappo on erittäin heikko happo.[6] Sen protolyysiä vedessä esittää reaktioyhtälö

Si(OH)4 <=> Si(OH)3O- + H+

Vuonna 2017 japanilainen tutkimusryhmä onnistui kuitenkin valmistamaan monomeerita ortopiihappoa hydro­geno­lysoimalla dimetylasetamidiin ja muihin samankaltaisiin liuottimiin liuennutta tetrakis­(bentsoe­oksy)­silaania, (Si(OCH2C6H5)4). Saadun orto­piihapon kide­rakenne pystytiin selvittämään röntgen­kristallo­grafisin menetelmin.. Vetyatomien sijainnin määrittämiseen käytettiin myös neutronidiffraktiota. Samalla pystyttiin syntetisoimaan muitakin piihappoja. Esimerkiksi dipiihappoa voitiin valmistaa lisäämällä vetyä sen heksa­bentsoe­oksi­johdannaiseen ( R3-SiOSi-R3, R=CH3C6H4O). Valmistus­menetelmän eri muunnelmilla saatiin syntetisoiduksi myös syklistä tripii­happoa (Si3O3(OH)6), ja syklistä tetra­pii­happoa (Si4O4(OH)8).[7]

Ortopiihapon fluori­johdannaista Si(OH)3F syntyy vesiliuoksessa, joka sisältää sekä orto­piihappoa että fluoridi-ioneja:

Si(OH)4 + F- <=> Si(OH)3F + OH-

Fluoridi­pitoista ioni­selektiivistä elektrodia on käytetty ortopiihapon happovakion määrittämiseen.[8] Ortopiihapon ensimmäine happovakio on pKa = 9,9.[9]

Ortopiihappo merivedessä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valtamerten pintakerroksissa piihappoa on liuenneena vain niukasti. Kyllästettynä liuoksena vain Etelämannerta kiertävän Länsituulten virran alueella 55. eteläisen leveyspiirin eteläpuolella. Syvemmällä meressä piihappopitoisuus on kuitenkin suurempi ja kasvaa siirryttäessä Atlantilta Intian valtameren kautta Tyynellemerelle.[10][11]

Teoreettiset laskut osoittavat, että piihapon liukoisuus veteen alkaa voimakkaasti kasvaa, alkaa muodostua kompleksia SiO2·2H2O, joka muuttuu ortopiihapoksi.[13]

Piin biogeokemiallista kiertokulkua säätelevät piilevät.[14][15] Nämä levät polymeroivat piihappoa niin sanoituiksi biogeenisiksi piihapoiksi, joista niiden soluseinät koostuvat.[16]

Biologinen merkitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Muualla kuin merissä piiyhdisteillä on varsin vähän biologista merkitystä. Jotkut kasvit imevät maaperästä pieniä määriä piihappoja, joista kasvin kuoltua muodostuu fytoliitteja.[17]

Eläinkokeissa on todettu, että noin 1 % ortopiihappoa sisältävien liuosten ruisuttaminen hiiren ihon alle saa aikaan paikallisia tulehduksia ja turvotusta. Noin 0,1 millilitraa vatsakalvon läpi ruiskutettua vastavalmistettua ortopiihappoa on jo tappava annos. Sen myrkyllisyys kuitenkin heikkenee liuoksen vanhetessa siinä määrin, että kun liuos on muuttunut geeliksi, sillä on enää vain mekaanisia vaikutuksia. Liuokset ovat yhtä myrkyllisiä infuusiolla elimistöön saatettuina, missä tapauksessa myös ikääntyneet ja geeliytyneet liuokset ovat lähes yhtä myrkyllisiä kuin tuoreetkin.[5]

Uudempien tutkimusten mukaan alumiini on Alzheimerin taudin riskitekijä. Tutkimukset viittaavat kuitenkin siihen, että oluessa oleva piihappo heikentää alumiinin imeytymistä ruoansulatuksessa ja myös nopeuttaa alumiinin poistumista elimistöstä munuaisten kautta.[18][19]

Käyttö ravintolisänä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Koliinilla stabiloitua ortopiihappoa (ch-OSA) käytetään ravintolisänä. Sen on toodettu ehkäisevän ihmisen hiusten vetolujuuden heikkenemistä;[20] ja se vaikuttaa edullisesti myös ihmisen ihon mekaanisiin ominaisuuksiin ja suojaa kynsiä haurastumiselta.[21][22] Eläinkokeissa sen on todettu parantavan reisiluiden kestävyyttä ikääntyneiltä rotilta, joilta munasarjat on poistettu[23], lisäävän kollageenin määrää vasikoissa[24], ja pidetään todennäköisenä, että se edistää kollageenin muodostumista myös osteopeenisten naisten luissa.[25]

Käännös suomeksi
Tämä artikkeli tai sen osa on käännetty tai siihen on haettu tietoja muunkielisen Wikipedian artikkelista.
Alkuperäinen artikkeli: en:Orthosilicic acid

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Substance Details Common Chemistry. American Chemical Society. Viitattu 10.4.2019.
  2. ”Silikaatit”, Otavan suuri Ensyklopedia, 8. osa (Reykjavik-Sukulaisuus), s. 6244-6246. Otava, 1976. ISBN 951-1-05637-9.
  3. a b Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: ”Silikaatit”, Kemia, s. 333–335. Otava, 1993. ISBN 951-1-10136-6.
  4. Robert O. Fournier, Jack L. Rowe: American Mineralogist, 1977, s. 1052–1056. Artikkelin verkkoversio.
  5. a b W. E. Gye, W. J. Purdy: The Poisonous Properties of Colloidal Silica. I: The Effects of the Parenteral Administration of Large Doses. British Journal of Experimental Pathology, 1922, nro 2, s. 75–85. Artikkelin verkkoversio.
  6. Linus Pauling: The nature of the chemical bond, s. 557. Ithaka, New York: Cornell University Press, 1960.
  7. Masayasu Igarashi, Tomohiro Matsumoto, Fujio Yagahashi, Hiroshi Yamashita, Takashi Ohhara, Hanashima Takashi, Takayasu Hanashima, Akiko Nakao, Taketo Moyosh, Kazuhiko Sato, Shigeru Shimada: Nature Communications, 2017, nro 1. doi:10.1038/s41467-017-00168-5.
  8. Liberato Ciavatta, Mauro Iuliano, Raffaella Porto: Polyhedron, 1988, nro 18, s. 1773–1779. doi:10.1016/S0277-5387(00)80410-6.
  9. Dissociation Constants of Inorganic Acids and Bases sites.chem.colostate.edu. Viitattu 3.5.2019.
  10. Seuraava kartta on piirretty interaktiivisen verkkosivun avulla, joka sisältää vuotuiset DSi-arvot. Se on saatu teoksesta LEVITUS94: World Ocean Atlas 1994, jossa on analysoitu valtamereen liittyvät parametrit ja niiden vuotuiset ja kuukausittaiset vaihtelut. Julkaisija = Syd Levitus; uudempi teos WOA98.
  11. World Ocean Atlas 1994 iridl.ldeo.columbia.edu.
  12. World Ocean Atlas 2009 www.nodc.noaa.gov. US Department of Commerce, NOAA National Centers for Environmental Information. Viitattu 30.4.2019.
  13. Bhaskar MObdal, Deepanwita Ghosh, Abhijit K. Das: Thermochemistry for silicic acid formation reaction: Prediction of new reaction pathway. Chemical Physics Letters, 2009, nro 4–6, s. 115-119. doi:10.1016/j.cplett.2009.07.063.
  14. S. H. Schneider, P. H. Boston (toim.); R. Siever: ”Silica in the oceans”, Scientists on Gaia, s. 287-295. Cambridge MA, USA: The MIT Press, 1991.
  15. P. Treuger, D. M. Nelson, A. J. Van Bennekom, D. J. DeMaster, A. Leynaert, B. Queguiner: The silica balance in the world ocean: A reestimate. Science, 1995, nro 5209, s. 375–379. doi:10.1126/science.268.5209.375.
  16. Y. Del Amo, M. A. Brzezinski: The chemical form of dissolved Si taken up by marine diatoms. J. Phycol, 1999, s. 1162-1170. Artikkelin verkkoversio.
  17. G. H. Snyder: ”Methods for silicon analysis in plants, soils, and fertilizers”, Studies in Plant Science, s. 185–196. {{{Julkaisija}}}, 2001. doi:10.1016/S0928-3420(01)80015-X.
  18. C. Eley, O. Korchazhkina, D. JOb, S. Strekopytov, A. Polwart, P. Crome: Non-invasive therapy to reduce the body burden of aluminium in Alzheimer's disease. J. Alzheimers Dis., 2006, nro 1, s. 17–24; keskustelu 29–31. doi:10.3233/jad-2006-10103.
  19. M. J. González-Muñoz MJ, A. Peña A, I Meseguer: Role of beer as a possible protective factor in preventing Alzheimer's disease. Food Chem. Toxicol., 2008, nro 1, s. 49–56. doi:10.1016/j.fct.2007.06.036.
  20. RR. Wickett, E. Kossmann, E. Barel ym.: Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on hair tensile strength and morphology in women with fine hair. Arch. Dermatol. Res., 2007, nro 10, s. 499–505. doi:10.1007/s00403-007-0796-z.
  21. A. Barel, M. Calomme, A. Timchenko ym.: Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on skin, nails and hair in women with photodamaged skin. Arch. Dermatol. Res., 2005, nro 4, s. 147–153. doi:10.1007/s00403-005-0584-6.
  22. N. Scheinfeld, M. J. Dahdah, R. Scher: Vitamins and minerals: their role in nail health and disease. J Drugs Dermatol, 2007, nro 8, s. 782–787. PubMed:17763607.
  23. M. Calomme, P. Geusens, N. Demeester ym.: Partial prevention of long-term femoral bone loss in aged ovariectomized rats supplemented with choline-stabilized orthosilicic acid. Calcif. Tissue Int., 2006, nro 4, s. 227–232. doi:10.1007/s00223-005-0288-0.
  24. M. R. Calomme, D. A. Berghe: Biol Trace Elem Res, 1997, nro 2, s. 153–165. doi:10.1007/BF02785389.
  25. T.D Spector, M. R. Calome, S. H. Anderson, Gail Clement, Liisa Bevan, Nathalie Demmester, Rami Swaminathan, Ravin Jugdaoshingh, Dirk Berghe: 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, 2008. doi:10.1186/1471-2474-9-85.