Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
764. Makart H., Helv. Chim. Acta, 50, 399 (1967).
765. Мицюк Б. Ж—Ж. неорг. хим., 1972, т. 17, с. 903.
766. Anderson R. С, Sleddon G. J., Chem. Ind. London, 1960, 1335.
767. Streicher J. S., пат. США 2752665 (J. Т. Baker & Co.), 1956.
768. MacCragh A. P., Patit A. S, Ashby G. ?., пат. США 3713816 (W. R. Grace Co.), 1973.
769. Swartzen-Allen S. L., Matijevic ?, Chem. Rev., 74, 385 (1974). '
Глава 5 СИЛИКАГЕЛИ И ПОРОШКИ
Определения
Рассматриваемые здесь формы кремнезема * представляют собой твердые вещества, имеющие величины удельных поверхностей более ~ 5 м2/г. По своему строению такие вещества могут быть чрезвычайно разнообразными: от больших по размеру твердых масс до субмикроскопических частиц, а по степени гидратации — от почти безводного кремнезема до пластичных, студенистых масс, содержащих 100 ч. воды на 1 ч. БЮг. Общей чертой силикагелей и порошков является то, что они состоят из первичных кремнеземных частиц коллоидного размера, имеющих диаметр от 1 до 100 нм.
Структура геля кремнезема может быть представлена в виде связанной, жесткой трехмерной сетки из соприкасающихся между собой частиц коллоидного кремнезема. Формирование кремнеземного геля путем полимеризации кремневой кислоты подробно рассматривалось в гл. 3, а его образование посредством агрегации частиц коллоидного кремнезема — в гл. 4.
Кремнеземный порошок может содержать небольшие гранулы геля кремнезема или сцепленные агрегаты, состоящие в свою очередь из частиц субмикронного размера, причем такие агрегаты соединяются вместе в чрезвычайно непрочные сетки. Теоретически порошок кремнезема может состоять из раздельных, дискретных кремнеземных частиц, но в том случае, когда диаметр частиц менее 100 нм, подобные частицы самопроизвольно слипаются вместе в рыхлые, неплотные агрегаты. И только когда дискретные частицы оказываются много большими по размеру, т. е. их диаметр находится в интервале 5—50 мкм (5000—50 000 нм), когезионные силы становятся настолько слабыми, что частицы уже не притягиваются друг к другу и оказываются «пылящими» — при малейшем колебании воздушной среды образуют «дым».
* В отечественной научно-технической литературе, твердый высушенный гель носит название «силикагель», а невысушенный гель с большим содержанием воды называется «гидрогелем». В ряде стран терминология отличается от принятой в нашей стране.— Прим. ред.
632
Глава 5
Имеются и такие типы кремнезема, которые можно представить как пограничные между силикагелями и порошками. В том случае, когда -связи между первичными коллоидными частицами' очень слабы и способны легко разрываться при
а|-1 в|
Упаковка
Рис. 5.1. Схемы поперечных сечений различных структурных разновидностей
силикагелей и порошков кремнезема. А — частицы малого размера, плотная упаковка, коалесценция слабая; В частицы малого размера, открытая упаковка, коалесценция слабая, С — частицы большого размера плотная упаковка, коалесценция слабая, ?> —частицы большого размера; открытая упаковка коалесценция слабая; Я — частицы большого размера, плотная упаковка, коалесценция сильная; Т - частицы большого размера, открытая упаковка; коалесценция сильная. Под коалесценцией понимается степень связывания двух частиц или их
совместного формирования.
механических воздействиях, такой кремнезем можно классифицировать как порошок. С другой стороны, когда коллоидные частицы формируются в виде прочно связанной структуры, то кремнезем классифицируется как силикагель, несмотря на то, что размер гранул этого кремнезема может доходить до нескольких микрон.
На рис. 5.1 схематически представлены такие меняющиеся величины, как размер частиц, плотность их упаковки, пористость, способность частиц к слипанию или же прочность агрегирования.
Типы гелей
Гели кремнезема формируются в жидкой среде, как правило в водной. Термины алкогель (спиртовый гель) и аквагель (водный гель, гидрогель) относятся к гелям, поры которых
Силикагели и порошки
633
заполнены соответствующими жидкостями, т. е. спиртом или водой. Ксерогель (силикагель) представляет собой гель, из которого удалена жидкая среда, так что структура оказывается сжатой, а величина пористости — до некоторой степени пониженной за счет сил поверхностного натяжения, действовавших в процессе удаления жидкости. Аэрогелем называется специальный тип ксерогеля, жидкая фаза из которого была удалена таким способом, который позволяет предотвращать какое-либо сжатие или изменение структуры при удалении жидкости. В частности, это выполняется нагреванием заполненного жидкостью'геля, обычно алкогеля, в автоклаве выше критической точки используемой жидкой фазы до исчезновения поверхности раздела жидкость—пар с последующим удалением такого пара.
Пористое стекло представляет собой по существу особую форму силикагеля.
Типы порошков
Кремнеземные порошки можно классифицировать в соответствии со способом приготовления, вызывающим появление характерных особенностей порошка.
Порошкообразные силикагели приготовляются посредством размалывания или очень тонкого измельчения ксерогелей. Первичная структура геля при этом остается неизменной.
