Xel de sílice

Xel de sílice
Identificadores
Número CAS	112926-00-8 [1][2][3]
ChemSpider	ningún
Propiedades
Fórmula molecular	SiO2
Masa molecular	60,08 g/mol
Aspecto	Boliñas transparentes
Olor	Inodoro
Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa.

O xel de sílice é unha forma amorfa e porosa de dióxido de silicio (sílice), consistente nunha rede irregular tridimensional de átomos alternantes de silicio e oxíxeno con poros e ocos de escala nanométrica. Os ocos poden conter auga ou algún outro líquido ou poden estar cheos de gas ou baleiros. Neste último caso, o material chamaríase máis propiamente xeroxel de sílice.

O xeroxel de sílice cun tamaño de poro medio de 2,4 nanómetros ten unha forte afinidade polas moléculas de auga e é amplamente usado como desecante. É duro e translúcido, pero considerablemente máis brando que o masivo cristal de sílice ou cuarzo; e mantén a súa dureza cando está saturado de auga.

O xeroxel de sílice comercialízase habitualmente en forma de gránulos ou esferas ásperas duns poucos milímetros de diámetro. Algúns grans poden conter pequenas cantidades dunha substancia indicadora que cambia de cor cando absorbe algo de auga. É frecuente que os empaquetados de alimentos secos leven pequenas bolsiñas de papel que conteñen pellets de xeroxel de sílice, que levan xeralmente un aviso de "non inxerir", para absorber calquera humidade que puidese causar a deterioración da comida.

O xel de sílice 'húmido', que se pode preparar fresco a partir de solcións alcalinas de silicato, pode variar en consistencia desde un xel mol e transparente, similar á xelatina ou ao ágar, a un sólido duro, concretamente un xeroxel enchoupado de auga. Ás veces utilizase en procesos de laboratorio, por exemplo para suprimir a convección en líquidos e impedir a precipitación de partículas suspendidas.^[4]

Os xeles de sílice existían xa polo ano 1640 como curiosidade científica.^[5] Foron utilizados na Primeira guerra mundial para captar os vapores e gases nos botes das máscaras de gas.^[6] A ruta sintética para producir xel de silice patentouna o profesor de química Walter A. Patrick da Universidade Johns Hopkins en 1918.

Na Segunda guerra mundial o xel de sílice era indispensable no esforzo de guerra para manter seca a penicilina, a protección do equipamento militar da humidade,^[7] como fluído catalizador do cracking na produción de gasolina de alta octanaxe e como apoio á catálise na fabricación de butadieno a partir de etanol (materia prima para a produción de goma sintética).

• Tipo A – pellets claros, diámetro de poro aproximado: 2,5 nm, propiedades desecantes e impermeables á humidade, poden usarse como portadores de catalizadores, adsorbentes, separadores e adsorbentes de presión variable.

• Tipo B – pellets brancos translúcidos, diámetro de poro: 4,5⁠–⁠7,0 nm, adsorbentes de líquidos, desecantes e portdores de perfumes, tamén poden usarse como portadores de catalizadores e en leitos de area para gatos.

• Tipo C – translúcido, estrutura microporosa, materia prima para a preparación de leitos para gatos de xel de sílice. Se adicionalmente son secados e cribados, forman xel de sílice microporoso que se usa como desecante, adsorbente e portador de catalizadores.

Xel de sílice alúmina - amarelo claro, quimicamenre estable, resistente ao lume, insoluble excepto en álcalis ou ácido fluorhídrico. Polaridade superficial, establidade térmica, mellores prestacións que o xel de sílice de poros finos.

Xel de sílice estabilizante - pos sólidos microporosos non cristalinos, non tóxico, resistente ao lume, usado na fabricación de cervexa para mellorar o sabor, claridade, cor e a escuma, e eliminación de impureas de microorgnismos.

A alta área superficial específica como o xel de sílice (aredor de 800 m²/g) permítelle adsorber auga rapidamente, polo que é útil como axente desecante. O xel de sílice descríbese a miúdo como mestura "absorbente", o cal pode ser apropiado só cando se ignora a estrutura microscópica do xel, como nas bolsiñas de xel de sílice ou outros produtos. Porén, o xel de silice elimina a humidade pola adsorción sobre a superficie dos seus numeroros poros en vez de pola absorción na masa do xel.

Unha vez saturado de auga, o xel pode ser rexenerado quentándoo a 120 °C durante 1–2 horas. Algúns tipos de xel de sílice poden causar pequenas explosións (como os popcorns) cando se expoñen a unha cantidade suficiente de auga. Isto está causado pola rotura das esferas de sílice cando contactan coa auga.^[8]

Unha solucion acuosa de silicato de sodio acidifícase para producir un precipitado xelatinoso que é lavado, despois deshidratado para producir xel de sílice incoloro.^[9] Cando se require unha indicación visible de contido de humidade no xel de silice, engádese tetraclorocobaltato(II) de amonio ((NH₄)₂CoCl₄) ou cloruro de cobalto (CoCl₂).^[9] Isto causa que o xel sexa azul cando está seco e rosa cando está hidratado.^[9]. Debido á conexión entre o cancro e o cloruro de cobalto, este foi prohibido en Europa nos xeles de sílice.^[10] Un indicador alternativo é o violeta de metilo, que é laranxa cando está seco e verde cando está hidratado.

En moitos produtos, a humidade favorece o crecemento de balores e a descomposición. A condensación pode tamén danar outros produtos como os electrónicos e pode acelerar a descomposición de produtos químicos, como os das pílulas de vitaminas. Estes produtos poden conservarse por máis tempo empaquetándoos xunto con bolsas con xel de sílice.

O xel de silice pode utilizarse tamén para manter tan baixa como sexa posible a humidade relativa dentro dunha radio de alta frecuencia ou a guía de onda dun sistema de transmisión por satélite (ver tamponamento da humidade). A acumulación dunha humidade excesiva nunha guía de onda pode causar arcos eléctricos dentro da propia guía de onda, danando o amplificador de potencia que o alimenta. Ademais, as pingas de auga que se forman e condensan dentro da guía de onda cambian as características de impedancia e frecuencia, degradando o sinal. É común nun sistema de aire comprimido pequeno (similar a unha pequena bomba de acuario caseiro) para ser empregado para facer circular o aire dentro da guía de onda sobre un bote de xel de sílice.

O xel de sílice tamén se utiliza para secar o aire en sistemas de compresión de aire industriais. O aire do compresor descarga fluxos a travès dunha capa de bolas de xel de sílice. O xel de sílice adsorbe a humidade do aire, impedindo os danos no punto de uso do aire comprimido debido á condensación da humidade. O mesmo sistema utilízase para secar o aire comprimido en locomotoras ferroviarias, nas que a condensación e o xeo nos tubos de aire de freado orixina un fallo dos freos.

O xel de sílice úsase tamén como unha ferramenta para a preservación e control da humidade relativa en museos e bibliotecas durante exposicións ou no almacenamento.

Outras aplicacións son nas tiras de tests de diagnóstico, aparellos de inhalación, xiringas, kits de test de drogas e kits de saneamento de hospitais.

En química, o xel de sílice utilízase en cromatografía como fase estacionaria. Na cromatografía en columna, a fase estacionaria está case sempre composta de partículas de xel de silice de 40–63 μm. Utilízanse diferentes tamaños de partícula para diferentes tipos de cromatografía en columna, xa que o tamaño de partícula está relacionado coa área superficial. As diferenzas no tamaño das partículas determinan se o xel de sílice debería utilizarse para a cromatografía de gravidade ou flash. Nesta aplicación, debido á polaridade do xel de sílice, os compoñentes non polares tenden a eluír antes que outros máis polares, de aí o nome de cromatografía en fase normal. Porén, cando se adhiren grupos hidrófobos (como os grupos C₁₈) ao xel de sílice, entón os compoñentes polares elúen primeiro e o método denomínase cromatografía en fase inversa ou reversa. O xel de sílice tamén se aplica a láminas de aluminio, vidro ou plástico en cromatografía en capa fina.

Os grupos hidroxi (OH) da superficie do sílice poden ser funcionalizados para obter xeles de sílice especializados que mostran parámetros de fase estacionaria peculiares. Estes xeles de sílice funcionalizados úsanse tamén en síntese orgánica e purificación con reactivos insolubles e atrapadores químicos (scavengers).

Tamén se teñen unido covalentemente grupos quelantes a xeles de silice. Estes materiais teñen a capacidade de eliminar ións metálicos selectivamente de solucións acuosas. Os grupos quelantes poden unirse covalentemente a poliaminas que foron enxertadas sobre a superficie de xeles de sílice producindo un material con maior integridade mecánica. O xel de sílice combínase tamén con metais alcalinos para formar un axente redutor M-SG. (Ver química SiGNa)

O xel de silice non se espera que se biodegrade nin na auga nin no solo.^[11]

Outro uso do xel de sílice é nos leitos de area para gatos,^[12] onde se usa só ou en combinación con materiais máis tradicionais, como arxilas como a bentonita. É practicamente inodoro.

O xel de sílice, tamén denominado aeroxel de sílice ou sílice hidratrado, pode engadirse a alimentos en países como os da Unión Europea e os Estados Unidos de América. Está considerado pola FDA estadounidense como substancia xeralmetnre segura, o que significa que pode ser engadida a produtos alimenticios sen necesidade de aprobación. Na Unión Europea está permitido engadir sílice a alimentos nunha concentración de ata o 5% e nos Estados Unidos ata nun 2%.^[13]

Os seus usos neste campo son: axente anticoagulante, axente desescumante, estabilizador, adsorbente, portador, axente acondicionante, axente contra o frío, axuda para a filtración, axente emulsionante, axente de control da viscosidade e axente contra a precipitación.^[14]

Debido ás propiedades de adsorción do xel de sílice, utilízase en filtros de auga domésticos.^[15] A estrutura da superficie do xel de sílice permite a adsorción dalgúns minerais que se disolven na auga,^[16] como no que se comercializa como "Ion-exchange" (intercambiador de ións). Debido á falta de regulacións para os produtos domésticos de filtración, non hai estudos que validen as afirmacións do fabricante sobre a efectividade dese sistema de filtración.

O xel de sílice pode doparse cun indicador da humidade que cambia gradualmente de cor cando cambia de estado anhidro (seco) a estado hidratado (húmido). Os indicadores comúns son o cloruro de cobalto(II) e o violeta de metilo. O cloruro de cobalto(II) é azul intenso cando está seco e rosa cando está húmido, mais é unha substancia tóxica e carcinóxena e foi reclasificada na Unión Europea en xullo de 2000 como material tóxico.^[17] O violeta de metilo pode formularse para que cambie de laranxa ao verde, ou de laranxa a incoloro. Tamén é tóxico e potencialmente carcinóxeno,^[18] mais é suficientemente seguro para ter usos médicos.

O xel de sílice non é tóxico, non é inflamable nin reactivo e permanece estable nos seus usos ordinarios. Reacciona co floruro de hidróxeno, flúor, difluoruro de oxíxeno, trifluoruro de cloro, ácidos fortes, bases fortes e oxidantes.^[11] É irritante para o tracto respiratorio e pode causar irritación do tracto dixestivo, e o po que soltan as boliñas de sílice pode causar irritación na pel e ollos, polo que deben gardarse precaucións no seu uso.^[19] O po de sílice cristalina pode causar silicose, pero o xel de sílice sintética amorfo é endurecido para que non cause silicose. Perigos adicionais son os que pode causar o dopado con indicadores da humidade (ver sección anterior).

• UK Material Safety Datasheet
• Silica Gel with Moisture indicator: Instructions for Use - Información de uso e resecado
• Silica-bound reagents - Información sobre o desenvolvemento e táboas que ilustran a súa reactividade
• Silica-bound scavengers - Notas xerais e táboas que resumen a súa capacidade de atrapadora.