Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Силикагель
Силикагель pb092529.jpg
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
ECHA InfoCard100.065.880 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
SiO 2
Молярная масса60,08 г / моль
ВнешностьПрозрачные бусины
ЗапахБез запаха
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Силикагель представляет собой аморфную и пористую форму диоксида кремния (кремнезема), состоящую из нерегулярной трехмерной структуры чередующихся атомов кремния и кислорода с пустотами и порами нанометрового масштаба. Пустоты могут содержать воду или другие жидкости или могут быть заполнены газом или вакуумом . В последнем случае материал правильно называют ксерогелем кремнезема .

Ксерогель кремнезема со средним размером пор 2,4 нанометра имеет сильное сродство к молекулам воды и широко используется в качестве осушителя . Он твердый и полупрозрачный , но значительно мягче массивного кварцевого стекла или кварца ; и остается твердым при насыщении водой.

Ксерогель кремнезема обычно продается в виде крупных гранул или шариков диаметром несколько миллиметров . Некоторые зерна могут содержать небольшое количество индикаторного вещества, меняющего цвет, когда они впитали немного воды. Небольшие бумажные конверты, содержащие гранулы ксерогеля кремнезема, обычно с предупреждением «не ешьте», часто включаются в пакеты с сухими продуктами для поглощения влаги, которая может вызвать порчу продуктов.

«Влажный» силикагель, который может быть свежеприготовлен из растворов силикатов щелочных металлов , может варьироваться по консистенции от мягкого прозрачного геля , подобного желатину или агару , до твердого твердого вещества, а именно ксерогеля, заболоченного водой. Иногда его используют в лабораторных процессах, например, для подавления конвекции в жидкостях или предотвращения осаждения взвешенных частиц. [4]

История [ править ]

Силикагель существовал еще в 1640-х годах как научное любопытство. [5] Он использовался во время Первой мировой войны для адсорбции паров и газов в канистрах противогаза . [6] Синтетический способ получения силикагеля был запатентован профессором химии Уолтером А. Патриком из Университета Джона Хопкинса в 1918 году.

В Второй мировой войны , силикагель была необходима в военных усилий для поддержания пенициллин сухой, защищая военную технику от повреждений , влаги, [ править ] в качестве текучей среды крекинга катализатора для производства высокооктанового бензина , а в качестве носителя катализатора для производства из бутадиена из этанола (сырье для производства синтетического каучука производства).

Типы [ править ]

  • Тип А - прозрачные гранулы, приблизительный диаметр пор: 2,5 нм, сушильные и влагостойкие свойства, могут использоваться в качестве носителей катализаторов, адсорбентов, сепараторов и адсорбентов переменного давления.
  • Тип B - полупрозрачные гранулы белого цвета с диаметром пор 4,5–7,0 нм, жидкие адсорбенты, осушители и носители отдушек, также могут использоваться в качестве носителей катализаторов, наполнителей для кошачьих туалетов.
  • Тип С - полупрозрачная, микропористая структура, сырье для изготовления силикагелевых наполнителей для кошачьих туалетов. Дополнительно высушенный и просеянный, он образует макропористый силикагель, который используется в качестве осушителя, адсорбента и носителя катализатора.

Гель кремнеземно-глиноземного цвета - светло-желтый, химически устойчивый, огнестойкий, нерастворимый, за исключением щелочи или плавиковой кислоты. Поверхностная полярность, термическая стабильность, производительность выше, чем у мелкопористого силикагеля.

Стабилизирующий силикагель - некристаллический микропористый твердый порошок, нетоксичный, огнестойкий, используется в пивоварении из зерен для пива для улучшения вкуса, прозрачности, цвета и пены, удаления немикроорганических примесей.

Свойства [ править ]

Высокая удельная поверхность силикагеля (около 750-800 м 2 / г) [7] позволяет ему легко адсорбировать воду, что делает его полезным в качестве осушителя (осушающего агента). Силикагель часто описывается как «впитывающий» влагу, что может быть уместным, когда игнорируется микроскопическая структура геля, как в упаковках силикагеля или других продуктах. Однако материал силикагель удаляет влагу путем адсорбции на поверхности своих многочисленных пор, а не путем поглощения основной массой геля.

Регенерация [ править ]

После насыщения водой гель можно регенерировать, нагревая его до 120 ° C (250 ° F) в течение 1-2 часов. [ требуется дополнительная ссылка (и) ] Некоторые типы силикагеля «лопаются» при воздействии достаточного количества воды. Это вызвано разрушением сфер кремнезема при контакте с водой. [8]

Подготовка [ править ]

Водный раствор силиката натрия подкисляют с образованием гелеобразного осадка, который промывают, затем обезвоживают, получая бесцветный силикагель. [7] Когда требуется видимая индикация содержания влаги в силикагеле, добавляют тетрахлорокобальтат (II) (NH 4 ) 2 CoCl 4 аммония или хлорид кобальта CoCl 2 . [7] Это приведет к тому, что гель станет синим в сухом состоянии и розовым при гидратации. [7] Из-за связи между раком и хлоридом кобальта он был запрещен в Европе для силикагеля. [9] Альтернативный индикатор - метиловый фиолетовый. который становится оранжевым в сухом состоянии и зеленым при гидратации

Использует [ редактировать ]

Десикант [ править ]

Силикагель - широко используемый осушитель в виде шариков, упакованных в проницаемый мешок.
См. Также: Десикант

Во многих вещах влага способствует росту плесени и порче. Конденсат также может повредить другие предметы, например электронику, и ускорить разложение химических веществ, например, содержащихся в витаминных таблетках. Благодаря пакетам из силикагеля эти предметы можно хранить дольше.

Силикагель также можно использовать для поддержания относительной влажности внутри высокочастотного радио- или спутникового волновода на как можно более низком уровне (см. Также буферизацию влажности ). Чрезмерное накопление влаги внутри волновода может вызвать искрение внутри самого волновода, повредив питающий его усилитель мощности. Кроме того, капли воды, которые образуются и конденсируются внутри волновода, изменяют характеристический импеданс и частоту, ухудшая сигнал. Небольшая система сжатого воздуха (похожая на небольшой домашний аквариумный насос) обычно используется для циркуляции воздуха внутри волновода по банке с силикагелем.

Силикагель также используется для осушения воздуха в промышленных системах сжатого воздуха. Воздух из выпускного отверстия компрессора проходит через слой гранул силикагеля. Силикагель адсорбирует влагу из воздуха, предотвращая повреждение в месте использования сжатого воздуха из-за конденсации или влаги. Та же система используется для осушения сжатого воздуха на железнодорожных локомотивах, где конденсат и лед в трубопроводах тормозного воздуха могут привести к отказу тормозов.

Силикагель иногда используется в качестве средства консервации для контроля относительной влажности на музейных и библиотечных выставках и хранении.

Другие области применения включают диагностические тест-полоски, ингаляционные устройства, шприцы , наборы для тестирования на наркотики и санитарно-гигиенические наборы.

Химия [ править ]

Хроматографическая колонка

В химии силикагель используется в хроматографии как неподвижная фаза . В колоночной хроматографии неподвижная фаза чаще всего состоит из частиц силикагеля размером 40–63 мкм. Для разных видов колоночной хроматографии используются частицы разного размера, поскольку размер частиц зависит от площади поверхности. Различия в размере частиц определяют, следует ли использовать силикагель для флэш-хроматографии или гравитационной хроматографии. В этом случае из-за полярности силикагеля неполярные компоненты, как правило, элюируются раньше, чем более полярные, отсюда и название нормально-фазовая хроматография . Однако, когда гидрофобные группы (такие как C 18группы) присоединяются к силикагелю, затем сначала элюируются полярные компоненты, и этот метод называется обращенно-фазовой хроматографией . Силикагель также наносится на алюминиевые , стеклянные или пластиковые листы для тонкослойной хроматографии .

Гидрокси (ОН) группы на поверхности диоксида кремния могут быть функционализированы для получения специальных силикагелей, которые демонстрируют уникальные параметры стационарной фазы. Эти так называемые функционализированные силикагели также используются в органическом синтезе и очистке в качестве нерастворимых реагентов и поглотителей .

Хелатирующие группы также ковалентно связаны с силикагелем. Эти материалы обладают способностью избирательно удалять ионы металлов из водных растворов. Хелатирующие группы могут быть ковалентно связаны с полиаминами, которые были привиты на поверхность силикагеля, давая материал с большей механической целостностью. Силикагель также сочетается с щелочными металлами с образованием восстановителя M-SG . (См. Химию SiGNa )

Ожидается, что силикагель не разлагается ни в воде, ни в почве. [10]

Наполнитель для кошачьего туалета [ править ]

Силикагель также используются в качестве наполнителей для кошачьих туалетов , [11] сам по себе или в сочетании с более традиционными материалами, такие как глины , включая бентонит . Он не отслеживает и практически не имеет запаха.

Пищевая добавка [ править ]

Силикагель, также называемый аэрогелем кремнезема или гидратированным кремнеземом, внесен в список FDA в Соединенных Штатах как общепризнанный безопасный (GRAS), что означает, что его можно добавлять в пищевые продукты без необходимости получения разрешения. В США разрешено добавлять диоксид кремния в пищу в количестве до 2%, как это разрешено в соответствии с 21 CFR 172.480. В ЕС он может иметь концентрацию до 5%. [12]

Перечисленные применения включают: агент, предотвращающий слеживание, пеногаситель, стабилизатор, адсорбент, носитель, кондиционирующий агент, охлаждающий агент, фильтрующий агент, эмульгирующий агент, агент для регулирования вязкости и агент, препятствующий осаждению. [13]

Фильтрация воды [ править ]

Учитывая водные адсорбционные свойства силикагеля, он используется в бытовых фильтрах для воды. [14] Поверхностная структура силикагеля позволяет адсорбировать некоторые минералы, растворенные в воде, [15] или «ионный обмен», как он продается. Из-за отсутствия нормативных требований к продуктам для фильтрации воды в домашних условиях нет исследований, подтверждающих утверждения производителя относительно эффективности системы фильтрации.

Индикатор влажности (синий / оранжевый силикагель) [ править ]

Основная статья: Индикатор влажности
Показывающий силикагель

Силикагель может содержать индикатор влажности, который постепенно меняет свой цвет при переходе из безводного (сухого) состояния в гидратированное (влажное) состояние. Общие индикаторы - хлорид кобальта (II) и метиловый фиолетовый . Хлорид кобальта (II) имеет темно-синий цвет в сухом состоянии и розовый во влажном состоянии, но он токсичен и канцероген и был реклассифицирован Европейским союзом в июле 2000 года как токсичный материал. [16] Метилвиолет может изменяться от оранжевого до зеленого или от оранжевого до бесцветного. Он также токсичен и потенциально канцероген [17], но достаточно безопасен для использования в медицинских целях.

Опасности [ править ]

Силикагель нетоксичен, негорючий, инертный и стабильный при обычном использовании. Он будет реагировать с фтористым водородом , фтором , дифторидом кислорода , трифторидом хлора , сильными кислотами, сильными основаниями и окислителями. [10] Силикагель раздражает дыхательные пути и может вызвать раздражение пищеварительного тракта, а пыль от гранул может вызвать раздражение кожи и глаз, поэтому следует соблюдать меры предосторожности. [18] Кристаллическая кремнеземная пыль может вызвать силикоз , но синтетический аморфный силикагель затвердевает, поэтому силикоз не вызывает. Дополнительные опасности могут возникнуть при использовании индикатора влажности..

Ссылки [ править ]

  1. ^ Силикагель , сайт www.jtbaker.com
  2. ^ Силикагель , сайт www.chemcas.org
  3. ^ Диоксид кремния , сайт echa.europa.eu
  4. ^ HK Henisch (1988): Кристаллы в гелях и кольцах Лизеганга. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0521345030
  5. ^ Марианн Фельдман и Пьер Desrochers (март 2003). «Исследовательские университеты и местное экономическое развитие: уроки истории Университета Джонса Хопкинса» (PDF) . Промышленность и инновации . 10 (1): 5–24. DOI : 10.1080 / 1366271032000068078 . S2CID 154423229 . Архивировано из оригинального (PDF) 12 ноября 2005 г.  
  6. ^ http://hengyeusa.com/community/desiccants-at-war
  7. ^ а б в г Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ Спенс Конда, «Получение высокомолекулярных цеолита шариков из силикагеля,» получен 2011-09-26
  9. ^ "Синий силикагель и выводы: информация о безопасности синего силикагеля" . Архивировано из оригинала на 2016-01-05.
  10. ^ a b Здоровье и безопасность окружающей среды (2007-09-10). «Силикагель» . Проверено 12 января 2008 .
  11. ^ Эндрю Кантор (2004-12-10). «Высокие технологии, не связанные с технологиями, засоряют ландшафт» . USA Today . Проверено 2 марта 2008 .
  12. ^ «Уведомление об определении GRAS диоксида кремния при добавлении прямо или косвенно в пищу человека» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 апреля 2013 года.
  13. ^ "Уведомление GRAS (GRN) № 298" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 9 апреля 2011 года.
  14. ^ ZeroWater
  15. ^ JB Peri, AL Хенсли младший (1968). «Структура поверхности силикагеля». Журнал физической химии . 72 (8): 2926–2933. DOI : 10.1021 / j100854a041 .
  16. ^ «Классификации - инвентарь CL» .
  17. ^ "Паспорт безопасности метилфиолетового" (PDF) . labchem .
  18. ^ Fisher Scientific (1997-02-09). " " Осушитель силикагеля "[так в оригинале]" . Проверено 12 января 2008 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Запись в базе данных товаров для дома NLM
  • Паспорт безопасности материалов для Великобритании
  • Силикагель с индикатором влажности: инструкция по применению Подробная информация об использовании и повторной сушке
  • Часто задаваемые вопросы об осушителе с силикагелем Полезная информация о перезаряжаемых пакетах с кремнеземом для домашнего использования
  • Реагенты, связанные с диоксидом кремния Информация о разработке и таблицы, иллюстрирующие реакционную способность
  • Связанные с диоксидом кремния поглотители Общие примечания и таблицы, в которых суммируются данные по улавливающей способности