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El gel de sílice es una forma amorfa y porosa de dióxido de silicio (sílice), que consta de una estructura tridimensional irregular de átomos de silicio y oxígeno alternados con poros y huecos en escala nanométrica . Los huecos pueden contener agua u otros líquidos, o pueden llenarse con gas o vacío . En el último caso, el material se denomina propiamente xerogel de sílice .

El xerogel de sílice con un tamaño medio de poro de 2,4 nanómetros tiene una fuerte afinidad por las moléculas de agua y se utiliza ampliamente como desecante . Es duro y translúcido , pero considerablemente más blando que el vidrio de sílice macizo o el cuarzo ; y permanece duro cuando está saturado de agua.

El xerogel de sílice se comercializa habitualmente en forma de gránulos o perlas gruesas, de unos pocos milímetros de diámetro. Algunos granos pueden contener pequeñas cantidades de sustancia indicadora que cambia de color cuando han absorbido algo de agua. Los sobres pequeños de papel que contienen gránulos de xerogel de sílice, generalmente con una advertencia de "no comer", a menudo se incluyen en los paquetes de alimentos secos para absorber la humedad que pueda causar el deterioro de los alimentos.

El gel de sílice "húmedo", como se puede preparar recientemente a partir de soluciones de silicato alcalino , puede variar en consistencia desde un gel transparente suave , similar a la gelatina o agar , hasta un sólido duro, es decir, un xerogel empapado en agua. A veces se utiliza en procesos de laboratorio, por ejemplo, para suprimir la convección en líquidos o evitar la sedimentación de partículas en suspensión. [4]

Historia [ editar ]

El gel de sílice ya existía en la década de 1640 como curiosidad científica. [5] Se utilizó en la Primera Guerra Mundial para la adsorción de vapores y gases en cartuchos de máscaras de gas . [6] La ruta sintética para producir gel de sílice fue patentada en 1918 por Walter A. Patrick, profesor de química en la Universidad Johns Hopkins .

En la Segunda Guerra Mundial , el gel de sílice fue indispensable en el esfuerzo bélico para mantener seca la penicilina , proteger el equipo militar del daño causado por la humedad, [ cita requerida ] como catalizador de craqueo de fluidos para la producción de gasolina de alto octanaje y como catalizador de apoyo para la fabricación de butadieno a partir de etanol (materia prima para la producción de caucho sintético ).

Tipos [ editar ]

  • Tipo A - gránulos transparentes, diámetro de poro aproximado: 2,5 nm, propiedades de secado y a prueba de humedad, se pueden usar como portadores de catalizadores, adsorbentes, separadores y adsorbentes de presión variable.
  • Tipo B: gránulos blancos translúcidos, diámetro de poro: 4,5⁠ – ⁠7,0 nm, adsorbentes líquidos, portadores de secadores y perfumes, también pueden utilizarse como portadores de catalizadores, arena para gatos.
  • Tipo C - estructura translúcida, microporos, materia prima para la preparación de arena para gatos de gel de sílice. Además, secado y tamizado, forma gel de sílice macroporoso que se utiliza como secador, adsorbente y portador de catalizador.

Gel de sílice alúmina: amarillo claro, químicamente estable, resistente al fuego, insoluble excepto en álcali o ácido fluorhídrico. Polaridad superficial, estabilidad térmica, rendimiento superior al gel de sílice de poros finos.

Gel de sílice estabilizante: polvo sólido microporoso no cristalino, no tóxico, resistente a las llamas, utilizado en la elaboración de cerveza de granos para cerveza para mejorar el sabor, la claridad, el color y la espuma y para la eliminación de impurezas que no son de microorganismos.

Propiedades [ editar ]

La alta superficie específica del gel de sílice (alrededor de 750–800 m 2 / g) [7] le permite adsorber agua fácilmente, lo que lo hace útil como desecante (agente de secado). El gel de sílice se describe a menudo como "absorbente" de humedad, lo que puede ser apropiado cuando se ignora la estructura microscópica del gel, como en los paquetes de gel de sílice u otros productos. Sin embargo, el material de gel de sílice elimina la humedad por adsorción sobre la superficie de sus numerosos poros en lugar de por absorción en la mayor parte del gel.

Regeneración [ editar ]

Una vez saturado con agua, el gel puede regenerarse calentándolo a 120 ° C (250 ° F) durante 1 a 2 horas. [Se necesitan citas adicionales ] Algunos tipos de gel de sílice "reventarán" cuando se exponen a suficiente agua. Esto es causado por la rotura de las esferas de sílice al entrar en contacto con el agua. [8]

Preparación [ editar ]

Se acidifica una solución acuosa de silicato de sodio para producir un precipitado gelatinoso que se lava y luego se deshidrata para producir gel de sílice incoloro. [7] Cuando se requiere una indicación visible del contenido de humedad del gel de sílice, se añade tetraclorocobaltato (II) (NH 4 ) 2 CoCl 4 de amonio o cloruro de cobalto CoCl 2 . [7] Esto hará que el gel sea azul cuando esté seco y rosado cuando esté hidratado. [7] Debido a la conexión entre el cáncer y el cloruro de cobalto, se ha prohibido en Europa en el gel de sílice. [9] Un indicador alternativo es el violeta de metilo. que es naranja cuando está seco y verde cuando está hidratado.

Usos [ editar ]

Desecante [ editar ]

El gel de sílice es un desecante de uso común en forma de perlas empaquetadas en una bolsa permeable.

En muchos artículos, la humedad fomenta el crecimiento de moho y deterioro. La condensación también puede dañar otros elementos, como los dispositivos electrónicos, y puede acelerar la descomposición de sustancias químicas, como las que se encuentran en las píldoras de vitaminas. Mediante la inclusión de paquetes de gel de sílice, estos elementos se pueden conservar por más tiempo. Puede ayudar a secar los equipos electrónicos durante los intentos de restaurar elementos que han estado expuestos a la humedad accidentalmente.

El gel de sílice también se puede usar para mantener la humedad relativa dentro de una guía de ondas de un sistema de transmisión de radio o satélite de alta frecuencia lo más baja posible (ver también amortiguación de humedad ). La acumulación excesiva de humedad dentro de una guía de ondas puede causar un arco eléctrico dentro de la guía de ondas, dañando el amplificador de potencia que la alimenta. Además, las gotas de agua que se forman y condensan dentro de la guía de ondas cambian la impedancia y frecuencia características, degradando la señal. Es común que se emplee un pequeño sistema de aire comprimido (similar a una pequeña bomba de acuario doméstica) para hacer circular el aire dentro de la guía de ondas sobre un frasco de gel de sílice.

El gel de sílice también se utiliza para secar el aire en sistemas industriales de aire comprimido. El aire de la descarga del compresor fluye a través de un lecho de perlas de gel de sílice. El gel de sílice absorbe la humedad del aire, evitando daños en el punto de uso del aire comprimido debido a la condensación o la humedad. El mismo sistema se utiliza para secar el aire comprimido en las locomotoras de ferrocarril, donde la condensación y el hielo en las tuberías de aire de los frenos pueden provocar fallas en los frenos.

Antes del uso generalizado del aire acondicionado, en los EE. UU. Se comercializaban saleros con tapas que contenían perlas de gel de sílice para mantener la sal lo suficientemente seca como para evitar la formación de grumos, reemplazando la práctica de incluir algunos granos de arroz en saleros para lograr el mismo secado. .

El gel de sílice se utiliza a veces como herramienta de conservación para controlar la humedad relativa en exposiciones y almacenamiento de museos y bibliotecas.

Otras aplicaciones incluyen tiras de prueba de diagnóstico, dispositivos de inhalación, jeringas , kits de prueba de drogas y kits de higiene hospitalaria.

Química [ editar ]

Columna de cromatografía

En química, el gel de sílice se utiliza en cromatografía como fase estacionaria . En la cromatografía en columna , la fase estacionaria suele estar compuesta por partículas de gel de sílice de 40 a 63 μm. Se utilizan diferentes tamaños de partículas para diferentes tipos de cromatografía en columna, ya que el tamaño de las partículas está relacionado con el área de la superficie. Las diferencias en el tamaño de las partículas dictan si el gel de sílice debe usarse para cromatografía ultrarrápida o por gravedad. En esta aplicación, debido a la polaridad del gel de sílice, los componentes no polares tienden a eluir antes que los más polares, de ahí el nombre de cromatografía de fase normal . Sin embargo, cuando los grupos hidrofóbicos (como C 18grupos) se unen al gel de sílice, luego los componentes polares eluyen primero y el método se denomina cromatografía de fase inversa . El gel de sílice también se aplica a láminas de aluminio , vidrio o plástico para cromatografía en capa fina .

Los grupos hidroxi (OH) en la superficie de la sílice se pueden funcionalizar para producir geles de sílice especiales que exhiben parámetros de fase estacionaria únicos. Estos denominados geles de sílice funcionalizados también se utilizan en síntesis y purificación orgánicas como reactivos insolubles y eliminadores .

Los grupos quelantes también se han unido covalentemente al gel de sílice. Estos materiales tienen la capacidad de eliminar selectivamente iones metálicos de soluciones acuosas. Los grupos quelantes se pueden unir covalentemente a poliaminas que se han injertado sobre una superficie de gel de sílice produciendo un material de mayor integridad mecánica. El gel de sílice también se combina con metales alcalinos para formar un agente reductor M-SG . (Ver química de SiGNa )

No se espera que el gel de sílice se biodegrade ni en el agua ni en el suelo. [10]

Arena para gatos [ editar ]

El gel de sílice también se utiliza como arena para gatos , [11] solo o en combinación con materiales más tradicionales, como arcillas, incluida la bentonita . No deja huellas y es prácticamente inodoro.

Aditivo alimentario [ editar ]

El gel de sílice, también conocido como aerogel de sílice o sílice hidratada, está listado por la FDA en los Estados Unidos como generalmente reconocido como seguro (GRAS), lo que significa que se puede agregar a productos alimenticios sin necesidad de aprobación. Se permite agregar sílice a los alimentos en los EE. UU. Hasta en un 2% según lo permitido por 21 CFR 172.480. En la UE, puede estar en concentraciones de hasta un 5%. [12]

Los usos enumerados incluyen: agente antiaglomerante, agente antiespumante, estabilizador, adsorbente, portador, agente acondicionador, agente a prueba de frío, coadyuvante de filtrado, agente emulsionante, agente de control de viscosidad y agente anti-sedimentación. [13]

Filtración de agua [ editar ]

Dadas las propiedades de adsorción de agua del gel de sílice, se utiliza en filtros de agua domésticos. [14] La estructura de la superficie del gel de sílice permite la adsorción de algunos minerales que se disuelven en el agua, [15] o "intercambio iónico" como se comercializa. Debido a la falta de regulaciones para los productos de filtración de agua doméstica, ningún estudio valida las afirmaciones del fabricante con respecto a la efectividad del sistema de filtración.

Indicador de humedad (gel de sílice que cambia de color) [ editar ]

Indicador de gel de sílice

El gel de sílice se puede dopar con un indicador de humedad que cambia gradualmente de color cuando pasa del estado anhidro (seco) al estado hidratado (húmedo). Los indicadores comunes son el cloruro de cobalto (II) y el violeta de metilo . El cloruro de cobalto (II) es de color azul oscuro cuando está seco y rosado cuando está húmedo, pero es tóxico y cancerígeno, y fue reclasificado por la Unión Europea en julio de 2000 como material tóxico. [16] El violeta de metilo puede formularse para cambiar de naranja a verde o de naranja a incoloro. También es tóxico y potencialmente cancerígeno, [17] pero es lo suficientemente seguro como para tener usos medicinales.

Peligros [ editar ]

El gel de sílice no es tóxico, no es inflamable, no es reactivo y es estable con el uso normal. Reaccionará con fluoruro de hidrógeno , flúor , difluoruro de oxígeno , trifluoruro de cloro , ácidos fuertes, bases fuertes y oxidantes. [10] El gel de sílice irrita el tracto respiratorio y puede causar irritación del tracto digestivo. El polvo de las perlas puede causar irritación en la piel y los ojos, por lo que se deben tomar precauciones. [18] El polvo de sílice cristalina puede causar silicosis , pero el gel de sílice amorfo sintético está endurecido, por lo que no causa silicosis. Pueden ocurrir peligros adicionales cuando se dopa con un indicador de humedad .

Referencias [ editar ]

  1. ^ Gel de sílice , sitio www.jtbaker.com
  2. ^ Gel de sílice , sitio www.chemcas.org
  3. ^ Dióxido de silicio , sitio echa.europa.eu
  4. ^ HK Henisch (1988): Cristales en geles y anillos de Liesegang. Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN  0521345030
  5. ^ Maryann Feldman y Pierre Desrochers (marzo de 2003). "Universidades de investigación y desarrollo económico local: lecciones de la historia de la Universidad Johns Hopkins" (PDF) . Industria e Innovación . 10 (1): 5–24. doi : 10.1080 / 1366271032000068078 . S2CID 154423229 . Archivado desde el original (PDF) el 12 de noviembre de 2005.  
  6. ^ http://hengyeusa.com/community/desiccants-at-war
  7. ↑ a b c d Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ Spence Konde, "Preparación de perlas de zeolita con alto contenido de sílice a partir de gel de sílice", consultado el 26 de septiembre de 2011
  9. ^ "Gel de sílice azul y conclusiones: información de seguridad sobre gel de sílice azul" . Archivado desde el original el 5 de enero de 2016.
  10. ^ a b Seguridad y salud ambiental (10 de septiembre de 2007). "Gel de sílice" . Consultado el 12 de enero de 2008 .
  11. Andrew Kantor (10 de diciembre de 2004). "Non-Tech High Tech ensucia el paisaje" . USA Today . Consultado el 2 de marzo de 2008 .
  12. ^ "Notificación de la determinación GRAS de dióxido de silicio cuando se agrega directa o indirectamente a los alimentos para humanos" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 18 de abril de 2013.
  13. ^ "Aviso GRAS (GRN) No. 298" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 9 de abril de 2011.
  14. ^ Agua cero
  15. ^ JB Peri, AL Hensley Jr. (1968). "La estructura superficial del gel de sílice". La Revista de Química Física . 72 (8): 2926–2933. doi : 10.1021 / j100854a041 .
  16. ^ "Clasificaciones - Inventario CL" .
  17. ^ "Hoja de datos de seguridad de violeta de metilo" (PDF) . labchem .
  18. Fisher Scientific (9 de febrero de 1997). " " Desecante de gel de sílice "[sic]" . Consultado el 12 de enero de 2008 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Registro en la base de datos de productos domésticos de NLM
  • Hoja de datos de seguridad de materiales del Reino Unido
  • Gel de sílice con indicador de humedad: Instrucciones de uso Información detallada sobre el uso y el secado
  • Preguntas frecuentes sobre deshumidificadores de gel de sílice Información útil sobre paquetes de sílice recargables para uso doméstico
  • Reactivos ligados a sílice Información sobre el desarrollo y Tablas que ilustran la reactividad
  • Eliminadores ligados a sílice Notas generales y tablas que resumen la capacidad de eliminación