Кремнезем пришел
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| |
| ХимическийПаук |
|
| Информационная карта ECHA | 100.065.880 |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| SiO 2 | |
| Молярная масса | 60.08 g/mol |
| Появление | Прозрачные бусины |
| Запах | Без запаха |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Силикагель представляет собой аморфную и пористую форму диоксида кремния (кремнезема), состоящую из неправильной трехмерной структуры из чередующихся атомов кремния и кислорода с нанометрового пустотами и порами размера. 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 обладает сильным сродством к молекулам воды и широко используется в качестве осушителя . Оно твердое и полупрозрачное , но значительно мягче массивного кварцевого стекла или кварца ; и остается твердым при насыщении водой.
несколько миллиметров Ксерогель кремнезема обычно продается в виде крупных гранул или шариков диаметром . Некоторые зерна могут содержать небольшое количество индикаторного вещества, которое меняет цвет при поглощении некоторого количества воды. Небольшие бумажные конверты, содержащие гранулы ксерогеля кремнезема, обычно с предупреждением «не есть», часто включаются в упаковки сухих продуктов, чтобы поглотить любую влагу , которая может вызвать порчу продуктов.
«Влажный» силикагель, который может быть свежеприготовлен из щелочного металла растворов силиката , может варьироваться по консистенции от мягкого прозрачного геля , похожего на желатин или агар , до твердого твердого вещества, а именно водонасыщенного ксерогеля. 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 научный диковин. [5] Его использовали в Первую мировую войну для адсорбции паров и газов в канистрах противогазов . Синтетический способ производства силикагеля был запатентован в 1918 году Уолтером А. Патриком, профессором химии Университета Джонса Хопкинса .
Типы [ править ]
- Тип А – прозрачные гранулы, приблизительный диаметр пор 2,5 нм, высушивающие и влагостойкие свойства, могут использоваться в качестве носителей катализаторов, адсорбентов, сепараторов и адсорбента переменного давления.
- Тип Б – полупрозрачные белые гранулы, диаметр пор: 4,5–7,0 нм, жидкие адсорбенты, носители осушителя и ароматизатора, также могут использоваться в качестве носителей катализаторов, наполнителей для кошачьих туалетов.
- Тип С – полупрозрачная, микропористая структура, сырье для приготовления силикагелевого наполнителя для кошачьих туалетов. Дополнительно высушенный и просеянный, он образует макропористый силикагель, который используется в качестве осушителя, адсорбента и носителя катализатора.
Алюмосиликатный гель - светло-желтый, химически стабильный, огнестойкий, нерастворимый, кроме щелочи или плавиковой кислоты. Поверхностная полярность, термическая стабильность, производительность выше, чем у мелкопористого силикагеля.
Силикагель стабилизирующий - некристаллический микропористый твердый порошок, нетоксичный, огнестойкий, используемый в пивоварении зерна для пива для улучшения вкуса, прозрачности, цвета и пены, а также для удаления немикроорганических примесей.
Свойства [ править ]
силикагеля Высокая удельная поверхность (около 750–800 мкм). 2 /г (230 000–240 000 кв. футов/унция)) [6] позволяет ему легко адсорбировать воду, что делает его полезным в качестве осушителя (осушителя). Силикагель часто описывают как «поглощающий» влагу, что может быть уместно, когда игнорируется микроскопическая структура геля, как, например, в упаковках с силикагелем или других продуктах. Однако силикагель материала удаляет влагу за счет адсорбции на поверхности своих многочисленных пор, а не за счет впитывания в объем геля.
Силикагель способен адсорбировать до 37% влаги от собственного веса в условиях высокой влажности. [7] Эта влага может выделяться при нагревании при температуре 120 °C в течение длительного периода времени. Это делает его пригодным для многократного использования с очень незначительной потерей эффективности, если таковая вообще имеется.
Регенерация [ править ]
После насыщения водой гель можно регенерировать, нагревая его до 120 °C (248 °F) в течение 1–2 часов. [7] Некоторые типы силикагеля «лопнут» при воздействии достаточного количества воды. Это вызвано разрушением сфер кремнезема при контакте с водой. [8]
Подготовка [ править ]
Водный раствор силиката натрия подкисляют с образованием студенистого осадка, который промывают, затем обезвоживают с получением бесцветного силикагеля. [6] Когда требуется видимая индикация содержания влаги в силикагеле, тетрахлоркобальтат(II) аммония (NH 4 ) 2 [CoCl 4 ] или хлорид кобальта(II) CoCl 2 . добавляют [6] Это приведет к тому, что гель станет синим при высыхании и розовым при увлажнении. [6] Из-за связи между хлоридом кобальта и раком его использование в силикагеле запрещено в Европе. [9] Альтернативный индикатор — метилвиолет , который в сухом состоянии имеет оранжевый цвет, а в гидратированном — зеленый.
Использует [ править ]
Осушитель [ править ]
Влага может стать причиной появления плесени и порчи многих вещей. [10] [11] Он также может повредить электронику, вызывая конденсацию и сокращая срок службы химических веществ, например, витаминов. [ нужна ссылка ] Пакеты с силикагелем помогают впитывать влагу и продлевают срок службы этих предметов. [12] [13] [14] Они могут даже пригодиться для сушки электроники, которая случайно намокла. [15] [16] [17]
Силикагель также можно использовать для поддержания относительной влажности высокочастотной радио- или спутниковой системы передачи внутри волновода как можно более низкой (см. Также «Буферизация влажности »). [18] Чрезмерное накопление влаги внутри волновода может вызвать искрение внутри самого волновода, что повредит питающий его усилитель мощности. Кроме того, капельки воды, образующиеся и конденсирующиеся внутри волновода, изменяют характеристическое сопротивление и частоту, ухудшая сигнал. Обычно для циркуляции воздуха внутри волновода над банкой с силикагелем используется небольшая система сжатого воздуха (похожая на небольшой домашний аквариумный насос).
Силикагель может адсорбировать около 40 процентов влаги от своего веса. После насыщения вы можете удалить влагу и повторно использовать силикагель, нагрев его выше 300 градусов F (150 C).
Силикагель также используется для осушки воздуха в промышленных системах сжатого воздуха. Воздух из нагнетания компрессора проходит через слой шариков силикагеля. Силикагель адсорбирует влагу из воздуха, предотвращая повреждение сжатого воздуха в месте использования из-за конденсации или влаги. Такая же система используется для осушения сжатого воздуха на железнодорожных локомотивах, где конденсат и лед в трубках тормозного воздуха могут привести к выходу из строя тормозов.
До широкого распространения кондиционирования воздуха в США продавались солонки с крышками, содержащими шарики силикагеля, чтобы соль оставалась достаточно сухой и предотвращала комкование, заменив практику добавления нескольких зерен риса в солонки для достижения такого же эффекта сушки. .
Силикагель иногда используется в качестве средства консервации для контроля относительной влажности на выставках и хранении в музеях и библиотеках.
Другие области применения включают диагностические тест-полоски, устройства для ингаляции, шприцы , наборы для тестирования на наркотики и больничные санитарные наборы.
Химия [ править ]
В химии силикагель используется в хроматографии в качестве неподвижной фазы . 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 размерах частиц определяют, следует ли использовать силикагель для флэш-хроматографии или гравитационной хроматографии. В этом применении из-за полярности силикагеля неполярные компоненты имеют тенденцию элюироваться раньше, чем более полярные, отсюда и название нормально-фазовая хроматография . Однако когда к силикагелю присоединяются гидрофобные группы (такие как группы C 18 ), тогда сначала элюируются полярные компоненты, и этот метод называется обращенно-фазовой хроматографией . Силикагель также наносится на алюминиевые , стеклянные или пластиковые листы для тонкослойной хроматографии .
Гидроксигруппы (ОН) на поверхности кремнезема можно функционализировать, чтобы получить специальные силикагели, обладающие уникальными параметрами 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, создавая материал с большей механической целостностью. Силикагель также соединяется с щелочными металлами с образованием восстановителя M-SG . (См. химию SiGNa )
Ожидается, что силикагель не будет биоразлагаться ни в воде, ни в почве. [19]
Кошачий туалет [ править ]
Силикагель также используется в качестве наполнителя для кошачьих туалетов . [20] отдельно или в сочетании с более традиционными материалами, такими как глины, включая бентонит . Он не отслеживает и практически не имеет запаха.
Пищевая добавка [ править ]
Силикагель, также называемый диоксидом кремния или синтетическим аморфным диоксидом кремния (SAS), внесен в список FDA в США как общепризнанный безопасный (GRAS), что означает, что его можно добавлять в пищевые продукты без необходимости одобрения. В США разрешено добавлять кремнезем в пищу в количестве до 2%, как это разрешено 21 CFR 172.480. В ЕС его концентрация может достигать 5%. [21] В 2018 году повторная оценка Комиссии EFSA по пищевым добавкам и источникам питательных веществ, добавляемых в пищу, не выявила признаков токсичности даже при самых высоких оценках уровня воздействия. [22]
Перечисленные области применения включают: средство против слеживания , пеногаситель, стабилизатор, адсорбент, носитель, кондиционирующий агент, средство для защиты от холода, фильтрующий агент, эмульгатор, агент для контроля вязкости и агент, препятствующий осаждению. [23] Кремнезем обычно можно найти в пищевых продуктах, включая выпечку, специи и травы, молочные продукты, какао-продукты и многое другое. [22]
Фильтрация воды [ править ]
Учитывая водопоглощающие свойства силикагеля, его используют в бытовых фильтрах для воды. [24] Поверхностная структура силикагеля позволяет адсорбировать некоторые минералы, растворенные в воде. [25] или «Ионообменный», как он продается. Из-за отсутствия правил для бытовой фильтрации воды никакие исследования не подтверждают заявления производителя об эффективности системы фильтрации.
Индикатор влажности (силикагель, меняющий цвет) [ править ]
Силикагель может быть допирован индикатором влаги, который постепенно меняет свой цвет при переходе из безводного (сухого) состояния в гидратированное (влажное) состояние. Обычными индикаторами являются хлорид кобальта(II) и метилвиолет . реклассифицировал его Хлорид кобальта (II) имеет темно-синий цвет в сухом состоянии и розовый во влажном состоянии, но он токсичен и канцерогенен, и в июле 2000 года Европейский Союз как токсичный материал. [26] Метилвиолет может меняться с оранжевого на зеленый или с оранжевого на бесцветный. Он также токсичен и потенциально канцерогенен. [27] но достаточно безопасен, чтобы его можно было использовать в медицинских целях. Лучшей альтернативой являются соли железа и двухвалентного железа , иногда в сочетании с небольшим количеством гидроксида натрия . В частности, сульфат железа и двойные соли, такие как сульфат аммония-железа(III) (железо-алюминиевые квасцы), сульфат аммония-железа(II) и сульфат калия-железа(III) - все приводят к изменению цвета от янтарного/желтого при высыхании до бесцветного/белого. при насыщении. [28] [29]
Опасности [ править ]
Силикагель нетоксичен, негорюч, нереактивен и стабилен при обычном использовании. Он будет реагировать с фтористым водородом , фтором , дифторидом кислорода , трифторидом хлора , сильными кислотами, сильными основаниями и окислителями. [19] Силикагель раздражает дыхательные пути и может вызвать раздражение пищеварительного тракта. Пыль от бус может вызвать раздражение кожи и глаз, поэтому следует принять меры предосторожности. [30] Кристаллическая кремнеземная пыль может вызвать силикоз , но синтетический аморфный силикагель затвердевает , поэтому не вызывает силикоз. Дополнительные опасности [ нужен пример ] может возникнуть при добавлении индикатора влажности .
Ссылки [ править ]
- ^ Силикагель , сайт jtbaker.com.
- ^ Силикагель , сайт chemcas.org.
- ^ Диоксид кремния , сайт echa.europa.eu.
- ^ Хениш, Гонконг (1988). Кристаллы в гелях и кольцах Лизеганга . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521345030 .
- ^ Фельдман, Мэриэнн; Дероше, Пьер (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 оригинала (PDF) 12 ноября 2005 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Чандрадхас, Сушил (27 августа 2016 г.). «Как перезарядить кристаллы силикагеля» . Помимо советов по фото . Проверено 2 ноября 2022 г.
- ^ Спенс Конде, «Приготовление шариков цеолита с высоким содержанием кремнезема из силикагеля». Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine , получено 26 сентября 2011 г.
- ^ «Синий силикагель и выводы: информация о безопасности синего силикагеля» . Архивировано из оригинала 05 января 2016 г.
- ^ «Не позволяйте бактериям питаться свежими продуктами и вызывать их порчу» . Расширение МГУ . 30 января 2013 г. Проверено 8 марта 2024 г.
- ^ Командование Военно-морского образования и подготовки США (1978). Специалист по управлению беспорядком 3 и 2 . Министерство обороны, Военно-морское ведомство, Управление начальника военно-морских операций], Командование военно-морского образования и подготовки. п. 91.
- ^ Машиностроение и технология производства . Машиностроительное издательство. 1951.
- ^ Андерсон, Гэри А. (1988). Цветочный дизайн и маркетинг . Служба учебных материалов по сельскохозяйственному образованию штата Огайо, Университет штата Огайо.
- ^ Варламов, Мария-Тереза; Кремп, Вирджиния; Сохранение, Программа ИФЛА по сохранению и; Ресурсы, Совет по библиотеке и информации (1998). Принципы ИФЛА по хранению и обращению с библиотечными материалами . Международная федерация библиотечных ассоциаций и учреждений, Основная программа по сохранению и консервации. ISBN 978-2-912743-00-8 .
- ^ Раддерхэм, штат Техас . Руководство по iPhone 5s . Руководства по iOS.
- ^ Бирштейн, С.Дж.; Лион, AM (1949). Адсорбция четырехокиси азота на силикагеле . Комиссия по атомной энергии США, Служба технической информации.
- ^ Смитс, Бенджамин Леви (1926). Силикагель . Мичиганский государственный колледж сельского хозяйства и прикладных наук.
- ^ Сабри, Фуад (16 января 2022 г.). Аэрогель: Хотите колонизировать Марс? Аэрогель может помочь нам заниматься сельским хозяйством и выжить на Марсе «при нашей жизни» . Один миллиард знающих.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Экологическая гигиена и безопасность (10 сентября 2007 г.). «Силикагель» . Проверено 12 января 2008 г.
- ^ Эндрю Кантор (10 декабря 2004 г.). «Нетехнические высокие технологии засоряют ландшафт» . США сегодня . Проверено 2 марта 2008 г.
- ^ «Уведомление об определении GRAS диоксида кремния при прямом или косвенном добавлении в пищу человека» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 18 апреля 2013 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Юнес, М.; Аггетт, П.; Агилар, Ф. (2018). «Научное мнение о переоценке диоксида кремния (Е 551) в качестве пищевой добавки» . Журнал EFSA . 16 (1): 5088–5158. дои : 10.2903/j.efsa.2018.5088 . ПМК 7009582 . ПМИД 32625658 . S2CID 79503431 .
- ^ «Уведомление GRAS (GRN) № 298» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 апреля 2011 г.
- ^ Нулевая вода
- ^ Пери, Дж.Б.; Хенсли-младший, Алабама (1968). «Поверхностная структура силикагеля». Журнал физической химии . 72 (8): 2926–2933. дои : 10.1021/j100854a041 .
- ^ «Классификации – Опись КЛ» .
- ^ «Паспорт безопасности метилового фиолетового» (PDF) . лаборатория .
- ^ Патент WO WO2000065339A1 , Стивен Мортон и Грэм Джеймс Эрл, «Индикаторы влажности», опубликовано 2 ноября 2000 г.
- ^ «Паспорт безопасности СОРБСИЛ ХАМЕЛЕОН» (PDF) . ОкерХеми .
- ^ Фишер Сайентифик (9 февраля 1997 г.). «Паспорт безопасности материала: силикагель-поглотитель» . Проверено 12 января 2008 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Силикагель в базе данных информации о потребительских товарах
- Паспорт безопасности материала для Великобритании
- Сушка семени с цветом, указывающим силикагель , южный обмен семян экспозиции
- Часто задаваемые вопросы об осушителях с силикагелем. Полезная информация об аккумуляторах с силикагелем для домашнего использования.
- Реагенты на основе кремнезема. Информация о разработке и таблицы, иллюстрирующие реакционную способность.
- Поглотители, связанные с диоксидом кремния. Общие примечания и таблицы, в которых суммирована способность по очистке.