Силикагель - Silica gel

Силикагель
Силикагель pb092529.jpg
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
ECHA InfoCard100.065.880 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
SiO2
Молярная масса60,08 г / моль
ВнешностьПрозрачные бусины
ЗапахБез запаха
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Силикагель является аморфный и пористый форма диоксид кремния (кремнезем), состоящий из нерегулярного трехмерного каркаса чередующихся кремний и кислород атомы с нанометр -масштабные пустоты и поры. Пустоты могут содержать воду или другие жидкости или могут быть заполнены газом или вакуум. В последнем случае материал правильно называется кремнезем ксерогель.

Ксерогель кремнезема со средним размером пор 2,4 нанометра имеет сильное сродство к молекулам воды и широко используется в качестве осушитель. Это тяжело и полупрозрачный, но значительно мягче массивных кварцевое стекло или же кварц; и остается твердым при насыщении водой.

Ксерогель кремнезема обычно продается в виде крупных гранул или шариков, несколько миллиметры в диаметре. 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 любых влажность это может вызвать порча еды.

«Влажный» силикагель, свежеприготовленный из щелочь силикат растворы, могут отличаться по консистенции от мягкого прозрачного гель, похожий на желатин или же агар, до твердого твердого вещества - переувлажненного ксерогеля. Иногда он используется в лабораторных процессах, например, для подавления конвекция в жидкостях или предотвратить поселение взвешенных частиц.[4]

История

Силикагель существовал еще в 1640-х годах как научное любопытство.[5] Он использовался в Первая Мировая Война для адсорбция паров и газов в канистры противогаза.[6] Синтетический способ получения силикагеля был запатентован профессором химии Уолтером А. Патриком в Университет Джона Хопкинса в 1918 г.

В Вторая Мировая Война, силикагель был незаменим во время войны для сохранения пенициллин сухой, защищающий военную технику от повреждения влагой,[нужна цитата ] как жидкость треск катализатор для производства высокооктановый бензин, и в качестве носителя катализатора для изготовления бутадиен из этиловый спирт (сырье для синтетическая резина производство).

Типы

  • 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 кремнеземистого оксида алюминия - 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.

Характеристики

Силикагель высокий удельная поверхность (около 750-800 м2/грамм)[7] позволяет ему легко адсорбировать воду, что делает его полезным в качестве осушителя (осушителя). 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, адсорбция на поверхность его многочисленных пор, а не поглощение в основную массу геля.

Регенерация

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

Подготовка

Водный раствор силикат натрия подкисляется с образованием гелеобразного осадка, который промывают, затем обезвоживают с получением бесцветного силикагеля.[7] Когда требуется видимая индикация влажности силикагеля, тетрахлорокобальтат (II) аммония (NH4)2CoCl4 или же хлорид кобальта CoCl2 добавлен.[7] В результате гель станет синим в сухом состоянии и розовым при увлажнении.[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 увлажнении.

Использует

Осушитель

Силикагель - обычно используемый осушитель в виде шариков, упакованных в проницаемый мешок.
Смотрите также: Осушитель

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 сохранения относительная влажность внутри высокочастотной радио- или спутниковой системы передачи волновод как можно ниже (см. также буферизация 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 как сохранение инструмент для контроля относительной влажности в музейных и библиотечных выставках и хранилищах.

Другие области применения включают диагностические тест-полоски, ингаляционные устройства, шприцы, наборы для тестирования на наркотики и больничные санитарные комплекты.

Химия

Хроматографическая колонка

В химии силикагель используется в хроматография как стационарная фаза. В колоночная хроматография стационарная 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 приложении из-за полярности силикагеля неполярные компоненты имеют тенденцию к элюировать перед более полярными, отсюда и название нормально-фазовая хроматография. Однако когда гидрофобный группы (например, C18 группы) присоединяются к силикагелю, затем сначала элюируются полярные компоненты, и этот метод называется обращенно-фазовая хроматография. Силикагель также применяется для алюминий, стекло, или пластиковые листы для тонкослойная хроматография.

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 мусорщики.

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 щелочных металлов сформировать Восстановитель M-SG. (Видеть SiGNa химия )

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

Кошачьи отходы

Силикагель также используется как кошачьи отходы,[11] сам по себе или в сочетании с более традиционными материалами, такими как глины, включая бентонит. Он не отслеживает и практически не имеет запаха.

Пищевая добавка

Силикагель, также называемый аэрогелем кремнезема или гидратированным кремнеземом, внесен в список FDA в США как общепризнанно безопасным (GRAS), что означает, что его можно добавлять в пищевые продукты без 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

Учитывая водные адсорбционные свойства силикагеля, он используется в бытовых фильтрах для воды.[14] Структура поверхности 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)

Основная статья: Индикатор влажности
Показывающий силикагель

В силикагель может быть добавлен индикатор влажности, который постепенно меняет свой цвет при переходе от безводный (сухое) состояние, до гидратированного (влажного) состояния. 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 переклассифицирован Евросоюз в июле 2000 г. как токсичный материал.[16] Метиловый фиолетовый 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

Силикагель нетоксичен, негорючий, инертный и стабильный при обычном использовании. Он будет реагировать с фтороводород, фтор, дифторид кислорода, трифторид хлора, сильные кислоты, сильные основания и окислители.[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 пыль кремнезема может вызвать силикоз, но синтетический аморфный силикагель затвердевший поэтому не вызывает силикоз. Дополнительные опасности могут возникнуть при допировании индикатор влажности.

Рекомендации

  1. ^ Силикагель, сайт www.jtbaker.com
  2. ^ Силикагель, сайт www.chemcas.org
  3. ^ Диоксид кремния, сайт echa.europa.eu
  4. ^ H.K. Хениш (1988): Кристаллы в гелях и кольцах Лизеганга. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0521345030
  5. ^ Марианн Фельдман и Пьер Дерошер (март 2003 г.). «Исследовательские университеты и местное экономическое развитие: уроки истории Университета Джонса Хопкинса» (PDF). Промышленность и инновации. 10 (1): 5–24. Дои:10.1080/1366271032000068078. S2CID  154423229. Архивировано из оригинал (PDF) на 2005-11-12.
  6. ^ http://hengyeusa.com/community/desiccants-at-war
  7. ^ а б c d Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  8. ^ Спенс Конде, «Получение шариков цеолита с высоким содержанием кремния из силикагеля», получено 26 сентября 2011 г.
  9. ^ «Синий силикагель и выводы: информация о безопасности синего силикагеля». Архивировано из оригинал на 2016-01-05.
  10. ^ а б Здоровье и безопасность окружающей среды (2007-09-10). "Силикагель". Получено 2008-01-12.
  11. ^ Андрей Кантор (2004-12-10). «Высокие технологии, не связанные с технологиями, засоряют ландшафт». USA Today. Получено 2008-03-02.
  12. ^ «Уведомление об определении GRAS диоксида кремния при добавлении прямо или косвенно в пищу человека» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 18 апреля 2013 г.
  13. ^ «Уведомление ГРАС (GRN) № 298» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 9 апреля 2011 г.
  14. ^ ZeroWater
  15. ^ Дж. Б. Пери, А. Л. Хенсли младший (1968). «Структура поверхности силикагеля». Журнал физической химии. 72 (8): 2926–2933. Дои:10.1021 / j100854a041.
  16. ^ «Классификации - инвентарь CL».
  17. ^ «Паспорт безопасности метилфиолетового» (PDF). Labchem.
  18. ^ Фишер Сайнтифик (1997-02-09). ""Силикагель Dessiccant "[sic]". Получено 2008-01-12.

внешняя ссылка