Silica gel

Silicagel is een amorfe en poreuze vorm van siliciumdioxide (silica), bestaande uit een onregelmatig driedimensionaal raamwerk van afwisselend silicium- en zuurstofatomen met holtes en poriën op nanometerschaal. De holtes kunnen water of andere vloeistoffen bevatten of kunnen worden gevuld met gas of vacuüm. In het laatste geval heet het materiaal terecht silicaxerogel.

Silica xerogel met een gemiddelde poriegrootte van 2,4 nanometer heeft een sterke affiniteit voor watermoleculen en wordt veel gebruikt als droogmiddel. Het is hard en doorschijnend, maar aanzienlijk zachter dan massief silicaglas of kwarts; en blijft hard wanneer verzadigd met water.

Silica xerogel wordt meestal in de handel gebracht als grove korrels of kralen, met een diameter van enkele millimeters. Sommige korrels kunnen kleine hoeveelheden indicatiesubstantie bevatten die van kleur veranderen wanneer ze wat water hebben opgenomen. Kleine papieren enveloppen met silica xerogel-pellets, meestal met een waarschuwing 'niet eten', worden vaak meegeleverd in verpakkingen voor droge voeding om eventuele vochtigheid op te nemen die bederf van het voedsel kan veroorzaken.

'Natte' silicagel, zoals vers bereid uit alkalisilicaatoplossingen, kan qua consistentie variëren van een zachte transparante gel, vergelijkbaar met gelatine of agar, tot een harde vaste stof, namelijk een met water gelekte xerogel. Het wordt soms gebruikt in laboratoriumprocessen, bijvoorbeeld om convectie in vloeistoffen te onderdrukken of afzetting van zwevende deeltjes te voorkomen.

Gebruikt

-Droogmiddel

In veel artikelen bevordert vocht de groei van schimmel en bederf. Condensatie kan ook andere items zoals elektronica beschadigen en kan de afbraak van chemicaliën, zoals die in vitaminepillen, versnellen. Door het opnemen van silicagelpakketten kunnen deze items langer worden bewaard.

Silicagel kan ook worden gebruikt om de relatieve vochtigheid in een golfgeleider van een hoogfrequent radio- of satelliettransmissiesysteem zo laag mogelijk te houden. Overmatige vochtophoping in een golfgeleider kan vonken in de golfgeleider zelf veroorzaken, waardoor de eindversterker die deze voedt beschadigd kan raken. Ook veranderen de waterparels die zich vormen en condenseren in de golfgeleider de karakteristieke impedantie en frequentie, waardoor het signaal verslechtert. Het is gebruikelijk dat een klein persluchtsysteem (vergelijkbaar met een kleine aquariumpomp voor in huis) wordt gebruikt om de lucht in de golfgeleider te laten circuleren over een pot met silicagel.

Silicagel wordt ook gebruikt om de lucht te drogen in industriële persluchtsystemen. Lucht uit de compressorafvoer stroomt door een bed van silicagelparels. De silicagel adsorbeert vocht uit de lucht en voorkomt schade op het punt van gebruik van de perslucht door condensatie of vocht. Hetzelfde systeem wordt gebruikt voor het drogen van de perslucht op locomotieven, waar condensatie en ijs in de remluchtleidingen kunnen leiden tot remfalen.

Silicagel wordt soms gebruikt als bewaarmiddel om de relatieve vochtigheid te regelen in tentoonstellingen en opslag van musea en bibliotheken.

Andere toepassingen zijn onder meer diagnostische teststrips, inhalatieapparaten, spuiten, drugtestkits en sanitaire kits voor ziekenhuizen.

-Chemie

In de chemie wordt silicagel in de chromatografie gebruikt als stationaire fase. Bij kolomchromatografie bestaat de stationaire fase meestal uit silicageldeeltjes van 40-63 μm. Verschillende deeltjesgroottes worden gebruikt voor verschillende soorten kolomchromatografie omdat de deeltjesgrootte gerelateerd is aan het oppervlak. De verschillen in deeltjesgrootte bepalen of de silicagel moet worden gebruikt voor flash- of zwaartekrachtchromatografie. In deze toepassing neigen niet-polaire componenten, vanwege de polariteit van silicagel, eerder dan meer polaire componenten, vandaar de naam normal phase chromatography. Wanneer echter hydrofobe groepen (zoals C18-groepen) aan de silicagel zijn gehecht, elueren eerst polaire componenten en wordt de werkwijze omgekeerde-fasechromatografie genoemd. Silicagel wordt ook aangebracht op aluminium, glas of plastic vellen voor dunnelaagchromatografie.

De hydroxy (OH) -groepen op het oppervlak van siliciumdioxide kunnen gefunctionaliseerd worden om speciale silicagels te verschaffen die unieke stationaire faseparameters vertonen. Deze zogenaamde gefunctionaliseerde silicagels worden ook gebruikt in organische synthese en zuivering als onoplosbare reagentia.

Chelaatgroepen zijn ook covalent gebonden aan silicagel. Deze materialen kunnen metaalionen selectief verwijderen uit waterige oplossingen. Chelaatgroepen kunnen covalent worden gebonden aan polyaminen die zijn geënt op een silicageloppervlak en een materiaal produceren met een grotere mechanische integriteit. Silicagel wordt ook gecombineerd met alkalimetalen om een ​​M-SG-reductiemiddel te vormen.

Silicagel wordt naar verwachting niet biologisch afgebroken in water of grond.

-Kattenbakvulling

Silicagel wordt ook alleen gebruikt als kattenbakvulling of in combinatie met meer traditionele materialen, zoals klei waaronder bentoniet. Het is non-tracking en vrijwel geurloos.

-Additief voor levensmiddelen

Silicagel, ook wel silica-aerogel of gehydrateerd silica genoemd, wordt door de FDA in de Verenigde Staten vermeld als algemeen erkend als veilig (GRAS), wat betekent dat het zonder goedkeuring aan voedselproducten kan worden toegevoegd. Silica mag in de VS worden toegevoegd aan voedsel tot 2% zoals toegestaan ​​onder 21 CFR 172.480. In de EU kan het in concentraties tot 5% zijn.

Het vermelde gebruik omvat: antiklontermiddel, ontschuimingsmiddel, stabilisator, adsorptiemiddel, drager, conditioneringsmiddel, koelmiddel, filterhulpmiddel, emulgator, viscositeitsregulerend middel en antiklontermiddel.

-Waterfiltratie

Gezien de wateradsorptie-eigenschappen van silicagel, wordt het gebruikt in huishoudelijke waterfilters. De oppervlaktestructuur van silicagel zorgt voor de adsorptie van sommige mineralen die in het water zijn opgelost of "ionenuitwisseling" zoals het op de markt wordt gebracht. Vanwege het ontbreken van voorschriften voor huishoudelijke waterfiltratieproducten, bevestigen geen studies de beweringen van de fabrikant met betrekking tot de effectiviteit van het filtersysteem.

-Vochtigheidsindicator

Silicagel kan worden gedoopt met een vochtindicator die geleidelijk van kleur verandert wanneer deze van de watervrije (droge) toestand overgaat naar de gehydrateerde (natte) toestand. Veelvoorkomende indicatoren zijn kobalt(II)chloride en methylviolet. Kobalt(II)chloride is diepblauw als het droog is en roze als het nat is, maar het is giftig en kankerverwekkend en werd in juli 2000 door de Europese Unie opnieuw geclassificeerd als giftig materiaal. Methylviolet kan worden geformuleerd om van oranje naar groen of oranje naar kleurloos te veranderen. Het is ook giftig en mogelijk kankerverwekkend, maar is veilig genoeg voor medicinaal gebruik.