Силикагель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Гранулы сухого силикагеля

Силикаге́ль представляет собой высушенный гель, образующийся из перенасыщенных растворов кремниевых кислот (nSiO2·mH2O) при pH > 5—6. Твёрдый гидрофильный сорбент.

Получение[править | править вики-текст]

Получается при подкислении растворов силикатов щелочных металлов с последующей промывкой и высушиванием образовавшегося геля:

\mathsf{Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2SiO_3\downarrow}
\mathsf{H_2SiO_3 \rightarrow SiO_2 + H_2O}

Свойства[править | править вики-текст]

Силикагель имеет огромную площадь поверхности (800 м²/1 г), состоящую из групп —SiOH, расположенных на расстоянии 0,5 нм друг от друга. Эти группы являются активными центрами, причём активность конкретной партии силикагеля зависит от числа и активности таких центров. В активном адсорбенте, то есть таком, из которого удалена адсорбированная на его поверхности вода, многие центры будут активны. Такая активация происходит при нагревании геля до 150—200 °C.

При нагревании до более высокой температуры в интервале 200—400 °C активность теряется в результате образования связей Si-O, происходящего с отщеплением воды. Эта стадия, однако, обратима. При нагревании выше 400 °C размер поверхности силикагеля необратимо уменьшается.

Активные центры взаимодействуют с полярными растворёнными веществами главным образом за счёт образования водородных связей.

Классификация силикагелей[править | править вики-текст]

Силикагель

Согласно ГОСТ 3956—76 силикагели различают:

  • по форме зёрен (гранулированные или кусковые);
  • по размерам зёрен (крупные и мелкие);
  • по размерам пор (крупнопористые и мелкопористые).

Существует четырёхбуквенное обозначение вида силикагеля согласно ГОСТ 3956—76.

  • 1-я буква характеризует размер гранул (К — крупный, М — мелкий, А — активированный, Ш — шихтовый);
  • 2-я буква всегда С (силиконогель);
  • 3-я буква размер пор (К — крупнопористый, М — мелкопористый);
  • 4-я буква форма частиц (Г — гранулированный, К — кусковой).

Различают гидрогели (аквагели), в которых поры заполнены водой, алкогели (спиртовые гели), ксерогели, в которых из геля удалена жидкая среда, аэрогели (высушенные в автоклаве при нагревании выше критической точки).

Также существуют силикагели специального назначения, например, силикагель-индикатор влажности (пропитанный солями кобальта, по мере впитывания влаги и снижения активности, гранулы изменяют окраску с голубой на розовую), силикагели для хроматографии, силикагели для бытовых холодильников и ряд других.

Способ получения[править | править вики-текст]

  • Силикагель получают взаимодействием силиката натрия с кислотой, щелочного силиката с солью аммония из концентрированных золей коллоидного кремнезема
  • Разбавлением растворов при низких значениях pH и температурах ниже комнатной.
  • Гидролизом соединений кремния (хлорид кремния, ортокремниевые эфиры).

Применение[править | править вики-текст]

Товарный силикагель выпускают в виде зёрен или шаровидных гранул размером от 5—7 до 10−2 мм. Различные марки силикагелей имеют средний эффективный диаметр пор 20—150Å и удельную поверхность 100—1000 м²/г.

Основное применение силикагели находят при осушке воздуха, углекислого газа, водорода, кислорода, азота, хлора и других промышленных газов.

Способность силикагеля поглощать значительное количество воды используется для осушки различных жидкостей, в особенности в том случае когда обезвоживаемая жидкость плохо растворяет воду (сушка галогенированных жидкостей типа фреон). Силикагели служат также осушителями при консервации оборудования для предохранения его от коррозии.

Наряду с водой силикагели хорошо впитывают пары многих органических веществ. Этим его свойством пользуются для улавливания (рекуперации) паров бензина, бензола, эфира, ацетона и т. п. из воздуха, бензола, из газовых коксовых печей и бензина из природных газов.

Свойство силикагеля поглощать многие вещества из жидкой фазы используют в промышленной очистке различных масел, при обессеривании нефтяных погонов и удаления из нефти высокополимерных смолистых веществ.

Также силикагель используют как адсорбент в хроматографии, как поглотитель водяных паров (осушитель) и органических растворителей (например, в осушителях сжатого воздуха, адсорбционной очистки неполярных жидкостей; для разделения спиртов, аминокислот, витаминов, антибиотиков и др.). Крупнопористые силикагели применяются как носители катализаторов. Также силикагель хорошо адсорбирует ядра радона-222 (и его изотопов). Силикагель широко используется для производства наполнителей для кошачьих туалетов. Осушители начинают действовать сразу же, как только их вынимают из защитной упаковки, так что до самого последнего момента они должны оставаться закрытыми. Для повышения эффективности осушителей их целесообразнее всего, по возможности, свободно подвешивать в верхней части упаковки. Желательно, чтобы упаковка была герметична. «Контейнерные осушители» большего объёма, в результате большой массы относительно поверхности действуют медленнее, что увеличивает срок службы данного продукта. Нормы закладки «контейнерных осушителей» при перевозке товара, чувствительного к влажности ,устанавливают из расчета 1 кг/м3. При перевозке и хранении продукции, изделий в тропическом влажном климате нормы закладок силикагеля должны быть соответственно увеличены в 3,5 раза.

Техника безопасности[править | править вики-текст]

Силикагель пожаро- и взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Пыль силикагеля содержит от 10 до 70 % свободного диоксида кремния. При работе с силикагелем рекомендуют использовать средства защиты органов дыхания. Силикагель-индикатор влажности может содержать хлорид кобальта(II), который токсичен и является канцерогеном[1]

Литература[править | править вики-текст]

  • Кольцов С. И., Алесковский В. Б. Силикагель, его строение и химические свойства. — Л., 1963.
  • Беркман С., Морелл Д., Эглофф Г. Катализ в неорганической и органической химии, книга вторая. — М.: Гостоптехиздат, 1949.
  • Силикагели // Газпром нефтехим Салават: энциклопедия / гл. ред. Д. Р. Ягтман. — Уфа: Башкирская энциклопедия, 2012. — С. 353-354. — 472 с.: ил., карта. — 2000 экз. — ISBN 978-5-88185-079-1; УДК 338 Г13; ББК 65.304.13(2Рос. Баш.)я2.

Примечания[править | править вики-текст]