Силикагель Silcarbon

Определение термина «силикагель»

Силикагель представляет собой аморфную форму диоксида кремния, искусственным образом произведённую в форме твёрдых неровных гранул (внешне напоминающих кристаллы) или твёрдых ровных шариков. Пористая структура взаимосвязанных пустот создаёт обширную удельную поверхность (до 800 квадратных метров на грамм). Силикагель производится в промышленных масштабах и прост в использовании, он способен адсорбировать широкий спектр веществ. Чаще всего он используется для поглощения водяного пара, т.е. он способен удерживать молекулы (напр., воды) на своей внутренней поверхности, поэтому его часто называют «осушителем». Объём пор силикагеля чаще всего превышает 0,2 мл/г, а внутренняя поверхность превышает 400 квадратных метров/г. Радиус пор варьируется от 1 нанометра до нескольких сотен нанометров.

Структура силикагеля

Силикагель – это высокопористая форма кремния или смесь оксида алюминия и кремния. Несмотря на название, силикагель является твёрдым веществом. Этот силикат отличается особой структурой пор различных размеров. Поры классифицируются по диаметру:
Микропоры имеют радиус менее 1 нм (= 10 ангстремов).
Мезопоры имеют радиус 1 - 25 нм.
Макропоры имеют радиус более 25 нм.

В зависимости от среднего диаметра пор силикагели разделяют на мелкопористый, так называемый силикагель типа А, и силикагели с крупными порами, типа В.

Определение приведено в соответствии с документацией Европейского Союза Федераций химической промышленности.

Продукция

Силикагель производится из силиката натрия и серной кислоты. В зависимости от требований к конечному продукту, иногда добавляют оксид алюминия, чтобы придать материалу водоотталкивающие свойства. Во время процесса возникают микрокристаллические отверстия, содержащие большое количество беспорядочно распределённых пор различных размеров.

Силикагели являются результатом классической реакции между силикатом щелочного металла и неорганической кислотой. Серная кислота используется чаще других кислот, хотя можно также применять другие минеральные кислоты, такие как соляная, азотная и фосфорная. В качестве силиката щелочного металла можно использовать силикат натрия или калия, однако предпочтение отдаётся силикату натрия. Кислота добавляется в раствор силиката щелочного металла, пока значение степени кислотности среды не достигнет отметки от 3 до 5. В результате производится твёрдый кремень, в том числе и в жидкой фазе. Это означает, что кремний полностью вобрал воду в свои поры. По той причине, что твёрдая фаза содержит жидкую фазу, этим кремнезёмистым материалам было дано общее название силикатный гидрогель, при этом высушенный кремний называют силикагелем. Метод сушки определяет распределение пор по размеру и окончательный размер конечного продукта.

Определение адсорбции

Обогащение веществ на границе раздела фаз обычно называют адсорбцией. Адсорбция на твёрдой фазе может происходить из окружающей газообразной или жидкой фазы. Десорбция – это процесс, обратный адсорбции.

Физическая адсорбция

Адсорбцию можно наблюдать при физической адсорбции и хемосорбции. Физическая адсорбция в основном движима силами Ван-дер-Ваальса. Химические свойства адсорбированных веществ не изменяются. Физическая адсорбция обратима, т.е. адсорбированные вещества можно высвободить с поверхности и привести их в первоначальное состояние при определённых условиях.

Адсорбированные вещества

Органические и неполярные вещества чаще всего можно адсорбировать посредством силикагеля. Эти вещества также адсорбируются активированным углём, при этом кинетическая реакция с активированным углём происходит быстрее, чем с силикагелем. С другой стороны, для полярной молекулы воды силикагель является более предпочтительным и эффективным абсорбентом по сравнению с другими адсорбирующими веществами, такими как активированный уголь.
Поэтому силикагель чаще всего считают осушителем, продуктом, удаляющим воду из воздуха и других газов. Не происходит никакой химической реакции, нет побочных продуктов или эффектов. Даже насыщенный водяным паром, силикагель имеет вид сухого продукта, его форма также не изменяется. Силикагель уже долгое время является одним из наиболее популярных осушителей и адсорбентов, используемых в многочисленных сферах, как в промышленности, так и в быту.

Представление адсорбции

Посредством изотермы адсорбции степень адсорбции представляется как функция концентрации вещества, которое следует адсорбировать. Изотерма адсорбции описывает равновесие между:

• веществом в воздухе, которое следует адсорбировать (остаток концентрации) и
• адсорбированным веществом на поверхности силикагеля (максимальная нагрузка при том же остатке концентрации).

Обычно максимальная нагрузка растёт с увеличением концентрации. Когда достигается равновесие давлений, адсорбция больше не происходит. Таким образом, чем выше влажность окружающего воздуха, тем больше воды адсорбируется до момента установления равновесия.