Kolloidse ränidioksiidi saamise protsessid ja soolide geelideks muutmine on aluseks paljudele kaasaegsetele tehnoloogiatele, mis on seotud materjalide tootmisega kõige erinevamatel eesmärkidel, millel on ainulaadsed omadused ja kontrollitud struktuur. Ränioksiid on kõige levinum aine Maal; selle alusel on sool-geel meetodil saadud suur hulk materjale: katalüsaatorid ja adsorbendid, tseoliidid, katted ja klaasid, soojus- ja heliisolatsioonimaterjalid, poorsed materjalid, keraamika, komposiit- ja värvimaterjalid, puurimisvedelikud ja -reaktiivid jne. . Leeliselisi silikaatsuspensioone kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalide tootmisel. Kõige tõhusamaks ränidioksiidi nanoosakeste sünteesimeetodiks peetakse sool-geeltehnoloogiat, mis on vedelfaasis sünteesi keemiline kondensatsioonimeetod. Sol-gel tehnoloogia võimaldab protsessi läbi viia optimaalsetes tingimustes nii lõpptoote omaduste kontrollimise efektiivsuse, energiakulude kui protsessi tootlikkuse osas.
Soolide muutmine geelideks on uusimate nanotehnoloogiate aluseks valgusjuhtide, keraamiliste ultrafiltratsioonimembraanide, optiliste ja korrosioonivastaste kattekihtide, fotomaterjalide, suure dispersiooniga abrasiivide ja muude ainulaadsete omaduste ja kontrollitud struktuuriga materjalide tootmiseks.
Tänu oma sidumisomadustele kasutatakse kolloidset ränidioksiidi edukalt anorgaanilise sideainena mitmesuguste täiteainetega materjalides: anorgaanilised pulbrid, kiud, polümeerid, metallid jne. Selliste materjalide iseloomulik tunnus on nende tugevus ja kuumakindlus. Näitena võib tuua keraamiliste vormide valmistamise investeerimisvalu, tulekindla keraamika, isoleermaterjalide jms.
Kolloidse ränidioksiidi keemiat ja selle kasutusvaldkondi käsitletakse üksikasjalikult kirjanduses ja eelkõige Ayleri töödes. Sellegipoolest ei vähene huvi nende süsteemide vastu, mis väljendub uute ainulaadsete omadustega ränidioksiidil põhinevate materjalide väljatöötamises, aga ka suures hulgas teadus- ja patendipublikatsioonides ning perioodiliste rahvusvaheliste ränidioksiidi käsitlevate konverentside korraldamises.
Graanulite või kerakujuliste silikageelide levinuim kasutamine on katalüsaatorite, adsorbentide ja kuivatusainetena, näiteks elektriseadmete konserveerimisel. Eileri sõnul saab ränidioksiidi pulbrite kasutusalasid rühmitada järgmiste kasutusalade järgi: kõvenemine, paksendamine ja orgaaniliste ainete kõvenemine; adhesiooni vähenemine tahkete ainete pindade vahel: liimide nakkuvuse suurenemine; vedelike viskoossuse ja tiksotroopsuse suurenemine; luua erinevaid optilisi efekte. Muud üldised mõjud: pinna seisundi muutus; hüdrofoobsete efektide loomine; kasutada adsorbentidena; katalüsaatorikandjad; reaktiivse ränidioksiidi saamiseks; kondensatsioonituumade moodustumine pilvedes; kvantitatiivses analüüsis kromatograafiliste kolonnide täiteainena.
Märkimist väärib amorfse nanosuuruses ränidioksiidi äärmiselt oluline kasutamine sisepõlemismootorite õlide ja määrdeainete lisandina, samuti kõigis seadmetes ja mehhanismides, kus on metallist hõõrdepaare, näiteks XADO kaubamärgi õlid ja määrdeained. Keraamiliste kilede moodustumine hõõrdumispaaride pindadele viib sõlmede ja mehhanismide geomeetriliste mõõtmete taastamiseni nende algsesse olekusse, mis vähendab mitu korda nende hilisemat kulumist. Samal ajal väheneb oluliselt (kuni 20%) kütusekulu metalli kareduse järsu vähenemise tõttu, mille põhjuseks on silikaatkile moodustumine selle pinnale.
Varem kasutati tahma kummi tugevdava täiteainena, kuid nüüd on kalduvus asendada see osaliselt või täielikult peene ränidioksiidiga. See võimaldab teil suurendada kummi tugevust ja anda sellele muid värve peale musta. Kummi tõmbetugevus, rebenemistugevus ja üldine jäikus suurenevad märgatavalt, kui täiteaineosakesed (ränidioksiid või esterdatud ränidioksiid) on väikese suurusega, 5–10 nm läbimõõduga, täielikult hajutatud ja maatriksis eraldatud, diskreetsete osakeste kujul. Hea dispergeeritavuse tagamiseks peavad väikesed osakesed olema hüdrofoobsed, polaarsete ja hüdrofiilsete pindade olemasolu täiteaineosakestel viib osakeste ahelate moodustumiseni, mis jäigastab kummistruktuuri.
Amorfset peeneks dispergeeritud ränidioksiidi (ATS) kasutatakse silikoonelastomeeride täiteainena. ATK suurendab veelgi ioonivahetusvaikude poorsust. See saavutatakse ränidioksiidi lisamisega monomeeri, millele järgneb selle lahustamine ja eemaldamine lahjendatud vesinikfluoriidhappega HF. Pöördosmoosiks kasutatavad tselluloosatsetaatmembraanid, mis sisaldavad 50% ränidioksiidi, omandavad 5 korda suurema läbilaskevõime võrreldes ränidioksiidita tselluloosatsetaatmembraanidega.
ATK on traditsiooniliselt kasutatava talgi ja tärklisega võrreldes tõhusam ja vähem nähtav lehtede ja liimi kleepumise vältimisel. Selle teeb võimalikuks ATK osakeste üliväike suurus ja madal murdumisnäitaja. ATK hoiab ära pulbrite või graanulite paakumise, mis ladustamisel liiguvad või ei kristalliseeru, samas on see mittetoksiline ja inertne. Polümeerkilede kleepumist hoitakse ära, lisades segatavatele monomeeridele enne nende polümerisatsiooni ränidioksiidi. Ligikaudu 0,5% ränidioksiidi vähendab adhesiooni 50%.
Kui ränidioksiid on liimikeskkonnas dispergeeritud osakeste kujul - liim, mis tahke pinnaga kokkupuutel kõvastub, siis süsteemi nakkuvus ei vähene, vaid vastupidi, suureneb. Näiteks 10% ATK lisamine vedelale butüültsüanoakrülaadile põhjustab süsteemi tugevuse ja nakkuvuse suurenemist patsiendi nahaga ning seda kasutatakse kirurgias. Räni kasutatakse ka paksendajana epoksüliimides. Esterdatud ränidioksiidi kasutatakse inseneritöös nafta- ja silikoonõlidest valmistatud määrde paksendajana. Sel viisil saadud määrdeainetel on märgades tingimustes märgatavalt suurem nakkuvus teraspinnaga, need ei allu abrasiivsele kulumisele ja neil on madalam oksüdeeruvus kõrgemal temperatuuril. ATK-d kasutatakse paksendajana, st. viskoossuse regulaator, värvide, kruntvärvide ja tindi jaoks. Sel juhul saavutatakse mitu efekti: matt või läike vähenemine, pigmendist setete tekke vältimine toote säilitamise ajal, emulsiooni stabiliseerimine ja värvainete pealekandmise võimalus ilma tilkade tekketa.
Väga poorse ja suure pindalaga ränidioksiidi läbipaistvus on võimaldanud välja töötada läbipaistvad hambapastad, mis eemaldavad tõhusalt hambakivi. ATK-d lisatakse kosmeetilistesse preparaatidesse selleks, et eemaldada nahalt rasv, kasutades samal ajal ATK omadusi adsorbendina.
Kui dispergeeritud ATK on õlis, näiteks glütseroolmonooleaadis, tekib kolmefaasilise 2000 V vahelduvvoolu rakendamisel elektroviskoosne efekt kahe plaadi elektrostaatilise adhesiooni tõttu, kitsas vahes, mille vahel on õli.
Sel juhul paksendab ränidioksiid õli geeliks, mis kannab pöördemomendi ühelt plaadilt teisele.
Veel üks huvitav ATK rakendus on see, et suuri kristalle, mida ei saa vees kasvatada, kasvatatakse silikageeli keskkonnas. Geeli struktuur takistab konvektsiooni ja võimaldab komponentide difusiooniprotsessil kulgeda ühtlaselt.
Alküülnitraadid, hüdrasiin ja muud raketikütused geelistatakse või määritakse lahtise mahuka silikageeli lisamisega. Hapete paksenemine saavutatakse näiteks pliiakudes. Räni vahu paksendajatena suurendab nende tulekustutusomadusi.
ATK-d kasutatakse laialdaselt väga värviliste orgaaniliste värvainete, nagu ftalotsüaniin, vedeldamiseks ning värvide, plastide ja trükivärvide matistamiseks ja läikeefektide eemaldamiseks. Nii hüdrofiilse kui ka organofiilse pinnaga ATA osakesed kogunevad liidesele ja stabiliseerivad seega emulsioone, nagu õli-vesi süsteem või värv, kus ATK saab täita muid funktsioone.
Paber ja kangad, aga ka muud materjalid omandavad hüdrofoobsetest kolloidsetest ränidioksiidi osakestest koosneva nähtamatu adsorptsioonikihi pealekandmise tõttu kõrge hüdrofoobse või vetthülgava omaduse.
Huvitav on kasutada APA-d "kuiva pulbrilise vee" saamiseks, mis saadakse jahvatamisel saadud peeneks hajutatud jääosakeste katmisel hüdrofoobse APA-ga. Samamoodi saab kontsentreeritud vesinikperoksiidi (20-70%) muuta stabiilseks pulbriks, vibreerides vedelikku ATK-ga.
Vaatamata paljudele huvitavatele rakendustele näib ATK-d olevat kõige laialdasemalt kasutatav kuivatusainena pakendatud toodete puhul, mis võivad niiskusega kokku puutudes korrodeeruda või rikneda.
Selle pinnale ladestunud alküülsilüülrühmadega ATK-d saab kasutada ensüümide, mitokondrite ja muude rakuorganellide adsorbendina, säilitades samal ajal nende aktiivsuse. See ATC rakendus on avanud uusi biokeemia uurimisvaldkondi. Sellised orgaanilised moodustised võivad kleepuda modifitseeritud ATK pinnale, andes ühekihilisi katteid 27°C juures, kuid on võimelised desorbeeeruma 5°C juures. Ilmselt on see efekt tingitud sellest, et vesi tõrjub need moodustised ATC pinnalt välja, kuna vesiniksidemed muutuvad tugevamaks 5 °C juures.
Räniühendite roll elu biokeemias on siiani ebaselge. Võib-olla on see tingitud asjaolust, et kolloidsed ränidioksiidi osakesed ei osale otseselt biokeemilistes protsessides, vaid mängivad transpordirolli. Kuni 5 nm suurused ränidioksiidi osakesed on viimastel andmetel võimelised läbima rakumembraani, kandes samal ajal rakku sisenedes enda peale toitaineid ja sealt väljudes eemaldades sorbeerunud mürgiseid aineid.
Eripinna kõrged väärtused ja ATS-i lahustumiskiirus võimaldavad vajalikke reaktsioone läbi viia palju madalamatel temperatuuridel, kui on vaja peene kristallilise ränidioksiidi pulbri puhul. Näiteks läbipaistev sulatatud kvartsklaas moodustub ATK-st rõhul 140 kg/cm2 ja temperatuuril 1200 °C primaarse osakese suurusega 15 nm, samas kui sellise materjali saamiseks on vaja temperatuuri 2000 °C. vormiga puhutud toodete kujul. Pulbrilise boori reageerimisel ATK-ga saadakse hapnikuvaene ränidioksiidklaas, mida on ainult raske devitrifikeerida.
ATK on nii reaktiivne, et seda saab kasutada sünteetiliste savimaterjalide valmistamiseks, näiteks kaoliin tekib hüdrotermilistes tingimustes 200-300 °C juures.
ATC osakesed suurusega 30-100 nm oma pinna teatud omadustega on aktiivsed jääkristallisatsioonikeskuste tekkeks ehk vihmapiiskade tekke esimeseks etapiks pilves. Lisaks on ATK kasutamine nendel eesmärkidel säästlikum kui hõbejodiidi kasutamine.
Spetsiaalselt kromatograafiliste kolonnide pakkimiseks mõeldud ATK ja nende küsimustega seotud kirjanduse rakendusskaala on nii suur, et see teema nõuab eraldi käsitlemist.
Amorfse ränidioksiidi lisamisel pinnasele või kultuurilahustele on märkimisväärne kasulik mõju, kui saadaolevast fosforist on puudu.
Selle põhjuseks on asjaolu, et silikaatioon nõrgalt leeliselises keskkonnas suudab fosfaat-iooni mullaosakeste või kolloidse materjali pinnalt välja tõrjuda, mistõttu vaadeldavas süsteemis fosforisisaldus suureneb. See APA kasutamine on eriti efektiivne lateriitsete muldade puhul, millel fosfaadiioonid adsorbeeruvad eriti tugevalt ja muutuvad taimedele kättesaamatuks lahustumatute raud- ja alumiiniumfosfaatide tekke tõttu. Selle tulemusena suurendab see meetod seda tüüpi muldades teravilja saagikust 2–3 korda, kui keskkond on aluseline, ja kuni viis korda, kui keskkond on neutraalne. Liivases keskkonnas on amorfse ränidioksiidi kasulik mõju liblikõielistele ja ristõielistele põllukultuuridele liivase pinnase füüsilise seisundi parandamine ja olemasoleva fosfori ärakasutamine ülalkirjeldatud mehhanismi abil. ATK kasutamine lisaks taimede fosfori akumuleerumise ja kasutamise parandamisele avaldab sarnast mõju ka kaltsiumile, kaaliumile ja magneesiumile.
Peendispersset amorfset ränidioksiidi kasutatakse insektitsiidina teatud putukate vastu, suheldes nendega füüsilisel viisil, osalemata seejuures kuidagi biokeemilistes protsessides. Samal ajal imab ATK lipiide (õlisid) putuka küünenahast, mille keha on kiiresti dehüdreeritud. Hüdrofoobne ränidioksiid on selles suhtes tugevam kui hüdrofiilne ränidioksiid. Ränidioksiid-aerogeel, mis on tänu valmistamismeetodile osaliselt organofiilne, kontsentratsioonis 0,05% pärsib kärsaka ja viljaveski tegevust aidas, on keemiliste putukamürkidega võrreldes pikema kaitsva toimega ning loomadele ja inimestele mittetoksiline.
Ränidioksiidi hüdrosooli vesilahust kasutatakse terasvaluvormide kuumade pindade niisutamiseks. Nii välditakse vormide pinna erosiooni ja paraneb metallivaluploki eraldumine. Rööbaste pinna samal viisil töötlemisel paraneb veduri tõmbejõud tänu rataste suuremale haardumisele rööbastega.
Ränidioksiidi tootmiseks kasutatakse ränidioksiidi, mida lisaks kõigele eelnevale kasutatakse keemiatööstuses katalüsaatorite tootmiseks. Ränioksiidil kui kandjal on mitmeid omadusi, mis muudavad selle väga kasulikuks juhtudel, kui alumiiniumoksiid ei ole kasutatav, näiteks tugevalt happelises keskkonnas.
Katalüsaatorite sünteesitööstuses valmistatakse ränidioksiidi sool spetsiaalselt järgmisel meetodil: 4% naatriummetasilikaadi lahusele, mis on valmistatud piisava koguse kuiva soola lahustamisel vees, lisatakse reaktsiooni muutmiseks lämmastik-, vesinikkloriid- või väävelhapet. tugevalt aluselisest tugevalt happeliseni, väärtusega pH< 2. В этих условиях оксид кремния не образует гель, а будет находиться в виде стабильного золя, который и добавляют к раствору исходных солей катализатора, также имеющему кислую реакцию. Осадитель, которым может быть карбонат или бикарбонат аммония, натрия или калия, прибавляют до тех пор, пока рН не станет равным 6,8-7,5. В этих условиях осаждаются каталитические компоненты, а оксид кремния захватывается осадком и таким образом становится эффективным носителем, действующим как стабилизатор или даже как промотор .
Sademest saadud ränioksiid on palju vähem reaktiivne kui sool (hapendatud silikaat) saadud oksiid ja seetõttu vastupidavam silikaatide tekkele kõrgematel temperatuuridel (kuni 700 °C). Umbes 700 °C juures muutub ränioksiid väga aktiivseks, paagutub ja suures osas, kui mitte täielikult, läheb üle silikaatideks. Seega on stabiilne ränidioksiidi sool kvaliteetne tooraine kandja - ränidioksiid ja sellel põhinevad suurepäraste tehniliste omadustega katalüsaatorid - saamiseks.
Ränidioksiidi kasutatakse katalüsaatorikandjana järgmistes suuremates suure võimsusega tööstusprotsessides: väävelhappe tootmisel (katalüsaatoriks on ränidioksiidil kaaliumsulfaadiga soodustatud vanaadiumoksiid); veegaasi nihke teises madalatemperatuurilises etapis (katalüsaator - vase ja tsinkoksiidi koostis kandjal - alumiiniumoksiid või ränioksiid); ftaalanhüdriidi tootmisel naftaleenist või ksüleenist õhkoksüdeerimisel (katalüsaator - vanaadiumoksiid ränidioksiidil); vinüülatsetaadi sünteesil etüleenist ja äädikhappest hapnikuga kasutatakse happekindlatel alustel pallaadiumi, millest parim on ränidioksiid. Lisaks on sellise olulise tööstusliku protsessi nagu õli krakkimine katalüsaatoriks kristalne tseoliit alumiiniumsilikaatmaatriksil. Kuna tseoliite sünteesitakse hüdrotermilistes tingimustes geelist, mis moodustub naatriumhüdroksiidi lisamisel naatriumsilikaadi ja naatriumaluminaadi lahusele, on ränidioksiid nende tööstusliku tootmise kõige olulisem algkomponent.
Tööstuses on suurimat rakendust leidnud järgmised ränihappesoolide sünteesimeetodid: lahustuvate silikaatide neutraliseerimine hapetega, ioonivahetus, värskelt moodustunud ränihappegeelide peptiseerimine, elektrodialüüs, räni alküülderivaatide hüdrolüüs, elementaarse räni lahustamine, ja pürogeense ränidioksiidi dispersioon. Tööstuses on kõige sagedamini kasutatav meetod ioonivahetus, mille patenteeris esmakordselt Byrd. Kirjandusest on teada mitmeid selle protsessi modifikatsioone. Tihedate osakestega ränidioksiidi hüdrosoolide sünteesi põhietapid: ränihappe lahuse saamine; "seemne"sooli süntees; osakeste kasv; soolkontsentratsioon; osakeste pinna modifitseerimine.
Sool-geel tehnoloogia võimaldab lisada modifitseerivaid komponente juba sooli saamise etapis. Sel viisil saadakse näiteks mikropoorseid alumosilikaatgeele, optiliselt läbipaistvaid aluminosilikaatgeele, boori-, titaani-, germaaniumiühenditega legeeritud silikageele, aga ka kõrgsurvevedelikkromatograafia sorbente. Sool-geeli tehnoloogia võimaldab saada ka orgaaniliste ja anorgaaniliste reagentidega modifitseeritud kserogeele, mida kasutatakse katsevahenditena erinevate ainete määramisel analüütilises praktikas.
Keemiliselt modifitseeritud ränidioksiid pakub suurt huvi kõrgefektiivse vedelikkromatograafia jaoks ja ka katalüsaatori kandjana. Erinevatel meetoditel valmistatud ränihappesoolide amorfne struktuur säilib pikka aega, kristalliseerumise algust täheldati pärast süsteemi kaheaastast vananemist. Pingete kujunemise tulemusena lagunevad primaarsed amorfsed osakesed paljudeks väikesteks kristalseteks osakesteks, mis sooli edasisel vananemisel kasvavad, agregeeruvad ja moodustavad struktuure. Amorfne ränidioksiid on vähem polümeriseerunud. kui kvarts ja erinevused nende struktuuris ei ole kvalitatiivsed, vaid ainult kvantitatiivsed. Räni polümeersele olemusele juhtis tähelepanu ka Mendelejev.
Kristallisatsiooniprotsessid, mis põhjustavad märkimisväärseid pingeid ja sellest tulenevalt toote pragunemist, piiravad mitmete kolloidset ränidioksiidi sisaldavate materjalide tõhusat kasutamist sideainena temperatuuril üle 1000–1100 °C. Pinna adsorptsiooni muutmine on üks viise, kuidas kontrollida soolide agregatiivset stabiilsust ja ränidioksiidi osakeste pinna adsorptsioonivõimet. Modifitseeritud soolide süntees võimaldab oluliselt laiendada kolloidse ränidioksiidi kasutusvaldkonda. Mitmetes töödes on käsitletud seadusi, mis reguleerivad metalli katioonide adsorptsiooni ränidioksiidil erinevatel pH ja temperatuuridel. Protsessi saab läbi viia nii happelises kui leeliselises keskkonnas. Venemaa Keemia- ja Tehnikaülikoolis teostatakse nanosuuruses ränidioksiidil põhinevate materjalide sünteesiks mõeldud sool-geeltehnoloogiate ülalnimetatud protsesside fundamentaalseid uuringuid. DI. Mendelejev.
Ränidioksiid, mida tuntakse toidu lisaainena numbri E551 all, on kristalse aine kujul, millel pole värvust. Sellel ühendil on kõrge tugevus ja kõvadus. Dioksiid on hapete suhtes vastupidav ega reageeri veega.
Looduses võib ühendit leida kvartsi kujul, tavaline liiv koosneb tillukestest kvartsi teradest. Sellises vormis dioksiidi kasutatakse valdkondades ja tehnoloogiates, kus ei nõuta materjali kõrget puhtusastet. Kristallide kujul olevat ränioksiidi esindavad jaspis, mäekristall, ahhaat, morion, ametüst, kaltsedoon, topaas. Ookeanide põhjas moodustub surnud vetikatest ja ripsmetest amorfne ränidioksiid.
Sünteetiline aine saadakse räni oksüdeerimisel temperatuuril umbes 500 kraadi Celsiuse järgi hapnikuatmosfääris.
Toidu lisaaine E551 on tuntud ka kui aerosiil, amorfne ränidioksiid, ränidioksiid, valge tahm, peendispersne dioksiid.
Toidu ränidioksiid on tänu oma omadustele laialdaselt kasutusel emulgaatorina ning paakumis- ja kokkukleepumist takistava ainena. Seda toidulisandit võib leida järgmistest tooterühmadest:
Ränidioksiid on leidnud kasutust hambapastade, enterosorbentide ja teatud tüüpi ravimite tootmisel.
Ühendit kasutatakse keraamika, klaasi, abrasiivide, betoontoodete tootmisel, täiteainena kummi tootmisel, räni tootmisel, ränidioksiidi tulekindlate materjalide tootmisel, kromatograafia valdkonnas jne. aine kristallide piesoelektrilised omadused, ultraheliseadmetes leiduva ränidioksiidi kasutamine ja raadiotehnika.
Kunstlikult toodetud oksiidkilesid kasutatakse isolaatorina mikroskeemide ja muude elektroonikakomponentide tootmisel. Dioksiidi puhtal sulatatud kujul koos erinevate spetsiaalsete koostisosadega kasutatakse fiiberoptiliste kaablite valmistamiseks.
Toidu ränidioksiid, mida tuntakse lisaainena numbri E551 all, kuulub keemiliste ühendite rühma, mis on heaks kiidetud kasutamiseks toiduainete tootmisprotsessides. Kuid mitmete ekspertide hoiatuste kohaselt on ränidioksiid inimorganismile ka kahju, mis avaldub ühendiga kokkupuutel.
Siiski väärib märkimist, et ränidioksiid võib kahjustada, kui puhtal kujul ainega töötamisel eiratakse ettevaatusabinõusid. Näiteks võib dioksiidi ja teiste keemiliste reaktiividega koosmõjul tekkiv tolm põhjustada inimese kopsude ja bronhide tõsist ärritust.
Ühendi sees kasutamise korral läbib see muutumatul kujul seedetrakti ja väljub seejärel loomulikult kehast. Pange tähele ka seda, et Prantsusmaal on selle toidulisandi kohta viisteist aastat tehtud uuringuid, mis näitasid, et kõrge dioksiidisisaldusega joogivee korral väheneb Alzheimeri tõve tekkerisk lausa 11%.
Populaarsed artiklid Loe rohkem artikleid
02.12.2013
Me kõik kõnnime päeva jooksul palju. Isegi kui meil on istuv eluviis, siis kõnnime ikka – sest meil pole...
610240 65 Loe lähemalt
10.10.2013
Viiskümmend aastat on õiglase soo jaoks omamoodi verstapost, millest üle astudes on iga sekund ...
451130 117 Loe lähemalt
02.12.2013
Meie ajal ei tekita jooksmine enam palju kiitvaid hinnanguid, nagu kolmkümmend aastat tagasi. Siis oleks ühiskond...
356878 41 Loe lähemalt
Amorfset ränidioksiidi võib jagada kolme tüüpi:
1. Kvartsklaas, mis on valmistatud kvartsi sulatamisel (nagu ka ränitetrakloriidi hüdrolüüsil kõrgtemperatuuril või selle oksüdeerimisel madalatemperatuurilises plasmas).
2. Ränidioksiid M – amorfne ränidioksiid, mis saadakse kiiritamisel amorfsete või kristalsete ränidioksiidi sortide kiirete neutronitega. Sel juhul suureneb algse amorfse ränidioksiidi tihedus, samas kui kristallilise ränidioksiidi tihedus väheneb. Ränidioksiid M on termiliselt ebastabiilne ja muutub 930C juures 16 tunniks kvartsiks. Selle tihedus on 2260 kg / m 3 (kvartsklaasi puhul - 2200).
3. Miroamorfne ränidioksiid, sealhulgas soolid, geelid, pulbrid ja poorsed klaasid, mis koosnevad peamiselt primaarsetest osakestest, mille suurus on alla ühe mikromeetri või mille eripind on üle 3 m 2 /g.
Laboritingimustes sünteesitud mikroamorfse ränidioksiidi võib jagada kolme klassi:
I Spetsiaalsete protsesside abil saadud mikroskoopilised sordid lehtede, paelte ja kiudude kujul.
II Tavalised amorfsed vormid, mis koosnevad elementaarsetest sfäärilistest SiO 2 osakestest, mille suurus on väiksem kui 100 nm, mille pind on moodustatud kas veevabast SiO 2 või SiOH rühmadest. Sellised osakesed võivad olla eraldiseisvad või ühendatud kolmemõõtmelises võrgus: a) diskreetsed või isoleeritud (osakesed, nagu see on soolidel; b) kolmemõõtmelised agregaadid, mis on kokkupuutepunktides siloksaansidemega ahelateks ühendatud, nagu geelid; c) mahulised kolmemõõtmelised osakeste agregaadid, nagu on täheldatud aerogeelides, trogeense päritoluga ränidioksiidis ja mõningates dispergeeritud ränidioksiidi pulbrites (vt joonis 1.13).
III Hüdreeritud amorfne ränidioksiid, milles kõik või peaaegu kõik räni aatomid on hoitud ühes või mitmes hüdroksüülrühmas.
Riis. 1.13. Kolloidse ränidioksiidi tavaliste vormide elementaarosakesed. Joonis on esitatud tasapinnaliselt, kuid tegelikult on osakeste agregatsioon kolmemõõtmeline: a - sool, b - geel, c - ränidioksiidi pulber
Kihiliste, lint- ja kiuliste mikrovormide mikroamorfne ränidioksiid saadakse:
1. Osakeste teke gaasi-vedeliku piirpinnal SiF 4 hüdrolüüsi tulemusena gaasilises olekus temperatuuril 100 °C või SiCl 4 aurude hüdrolüüsil 100 °C juures. Helbed on õhukesed silikageeli kiled, mis moodustuvad kõrge reaktsioonivõimega SiF 4 aurude kokkupuutepinnal veepiiskadega. SiF 4-st valmistatud pulbri "kohev" iseloom avaldub selle väga madalas näivtiheduse väärtuses 25 kg/m 3 ja ka pulbri "voolavuses", mis on sarnane vee omaga. Ebakorrapärased silikageelihelbed, läbimõõduga umbes 1 µm ja paksusega 1/10 µm, sisaldavad 92,86% SiO 2 ja 7,14% H 2 O.
2. Ränidioksiidi soolide moodustumine külmutamise teel. Kolloidse ränidioksiidi või polüränihappe lahuse külmutamisel tõrjuvad kasvavad jääkristallid ränidioksiidi, kuni viimane koguneb kontsentreeritud soolina jääkristallide vahele. Selline ränidioksiid polümeriseerub ja moodustab tiheda geeli. Järgnev jää sulamine tekitab ränidioksiidi ebakorrapärase kujuga helveste kujul, mis moodustuvad jääkristallide siledate pindade vahele. Vaakumkuivatatud ränidioksiidi pulber sisaldab ligikaudu 10% H2O.
Kõige tavalisem amorfsel kujul ränidioksiid on silikageel ja kvartsklaas. Silikageel saadakse silikageelide kuumutamisel temperatuurini, mis ei ületa 1000C. Valmis tehniline silikageel on valge või kollaka värvusega tahked poolläbipaistvad graanulid. Laialdaselt kasutatav niiskuse imajana.
Ränidioksiidi sulam on kergesti ülejahutatud, moodustades kvartsklaasi. Inseneritöös kasutatav kvartsklaas on ühekomponentne silikaatklaas. See saadakse kõrge puhtusastmega looduslike või kunstlike ränidioksiidi sortide sulatamisel.
Rõhu tõusuga tehti modifikatsiooniteisendusi ka mittekristallilise ränidioksiidi - kvartsklaasi jaoks. Klaasi kokkusurumisel painduvad selles olevad Si-O-Si sidemed. Rõhu tõusuga 3100–3300 MPa-ni täheldatakse üleminekut, millega kaasneb tiheduse järsk muutus (teist tüüpi transformatsioon). Sellel rõhul toodetud klaasi nimetatakse suprapiezoklaas(lühendatult S-P-klaas).
Kui rõhk tõuseb üle 9000 MPa, hakkab klaasja ränidioksiidi tihedus uuesti kasvama ja 20 000 MPa juures muutub 2,61. 10 3 kg/m 3, mis on lähedane kvartsi tihedusele, kuid materjal jääb amorfseks. Selline klaas ei taastu surve eemaldamisel elastselt oma esialgsele mahule ja säilivad ülitihedast (kondenseeritud) kvartsklaasist õhukesed kettad. Seda tihendatud kvartsklaasi nimetatakse kondenseerunud.
SiO 2 polümorfsete modifikatsioonide karakteristikud on toodud tabelis 1.1.
2. Ränidioksiid M – amorfne ränidioksiid, mis saadakse kiiritamisel amorfsete või kristalsete ränidioksiidi sortide kiirete neutronitega. Sel juhul suureneb algse amorfse ränidioksiidi tihedus, samas kui kristallilise ränidioksiidi tihedus väheneb. Silica M on termiliselt ebastabiilne ja muutub kvartsiks, kui seda hoitakse 16 tundi temperatuuril 930 ° C. Selle tihedus on 2,26, võrreldes kvartsklaasi või mikroamorfse ränidioksiidi 2,20-ga. Tegelikult võib mõnest kristallilisest vormist saadud ränidioksiidi M veidi erineda.
3. Mikroamorfne ränidioksiid, sealhulgas soolid, geelid, pulbrid ja poorsed klaasid, mis koosnevad peamiselt primaarsetest osakestest, mille suurus on alla ühe mikroni või mille eripind on üle ~3 m2/g. (Üksikasjalik arutelu mikroamorfse ränidioksiidi kohta on toodud peatükkides 4 ja 5.)
On arvamus, et tegelikkuses pole amorfne ränidioksiid amorfne, vaid koosneb järjestatud mikropiirkondadest või üliväikese suurusega kristallidest, mis röntgendifraktsiooniga hoolikalt uurides näitavad ilmselt kristobaliidi struktuuri. Sellegipoolest saadakse sellise materjali tavapäraste difraktsioonimeetoditega tehtud uuringus erinevalt makroskoopilistest kristallidest multiplettide piikide puudumisel ainult lai riba. Seetõttu nimetatakse selles monograafias sellist ränidioksiidi "amorfseks".
Looduslikes tingimustes tekivad mikroamorfsed ränidioksiidi tüübid kas vulkaanipursete käigus välja paiskunud aurufaasi kondenseerumise käigus või sadestades üleküllastunud ränidioksiidi lahustest looduslikes vetes ja elusorganismides. Kui ränidioksiid välja arvata,
taimedes või ränikivides sadestunud, on looduslikult esinev mikroamorfne ränidioksiid tavaliselt liiga saastunud, et sobida lahustuvusuuringuteks. (Loodusliku opaali moodustumist ja omadusi käsitletakse 4. peatükis.)
Laboritingimustes sünteesitud mikroamorfse ränidioksiidi võib jagada kolme klassi:
1. Spetsiaalsete protsesside abil saadud mikroskoopilised sordid lehtede, paelte ja kiudude kujul.
2. Tavalised amorfsed vormid, mis koosnevad elementaarsetest sfäärilistest SiO2 osakestest, mille suurus on väiksem kui 1000 A ja mille pind on moodustatud kas veevabast SiO2 või SiOH rühmadest. Sellised osakesed võivad olla eraldi või ühendatud kolmemõõtmelise ruudustikuga, nagu on näidatud joonisel fig. 1.2: a) diskreetsed või isoleeritud osakesed, nagu soolide puhul; b) kolmemõõtmelised agregaadid, mis on kokkupuutekohtades siloksaansidemega ahelateks ühendatud, nagu geelides; c) mahulised kolmemõõtmelised osakeste agregaadid, nagu on täheldatud aerogeelides, pürogeenses ränidioksiidis ja mõnes dispergeeritud ränidioksiidi pulbris.
3. Hüdreeritud amorfne ränidioksiid, mille struktuuris on kõik või peaaegu kõik räni aatomid ühes või mitmes hüdroksüülrühmas. Seda tüüpi polümeerstruktuur tekib siis, kui monoränihape või oligosänihape kontsentreeritakse ja polümeriseeritakse vees lahuse kergelt hapestamise tingimustes ja normaalsel või alandatud temperatuuril. Praegu väidetakse, et sellistes tingimustes polümeriseerub ränidioksiid üliväikesteks sfäärilisteks osakesteks, mille läbimõõt on alla 20-30 Å. Kontsentreerimisel seostuvad sellised osakesed kokku kolmemõõtmeliseks geelimassiks, säilitades vett osakestevahelistes ruumides. . Selliste tühimike mõõtmed on lähedased molekulaarsetele ja seetõttu suudavad nad hoida vett kuni 60 °C temperatuurini, millest kõrgemal saab vesi desorbeeruda.
Tavatingimustes sellised struktuurid ei säili, kuna soolide ja geelide valmistamisel ei püsi pH väärtus kuni süsteemi lõppseisundini piisavalt madalana ning temperatuuri ei hoita alla 60 °C.
Amorfse ränidioksiidi kõrge eripind ja lahustumiskiirus võimaldavad vajalikke reaktsioone läbi viia palju madalamatel temperatuuridel kui pulbrilise kristallilise ränidioksiidi puhul. Suurenenud keemiline reaktsioon ...
Mõne rakenduse puhul on soovitav, et ränidioksiidi või klaasi pind oleks veega märjaks. Kuid samal ajal ei tohiks orgaaniliste ainete adsorptsiooni käigus tekkida erinevaid iseloomulikke ioonseid, hüdrofoobseid või vesiniksidemeid ...
Kahtlemata on elusorganismide kõige iidseimad fossiilsed jäänused sinivetikad, mis leiti inklusioonidena shertis (mikrokristalliline ränidioksiid), mille avastasid Barghorn ja Tyler ning mida hiljem uurisid paljud teadlased ...
Artiklis kirjeldatakse toidu lisaainet (paakumisvastane aine ja paakumisvastane aine) amorfne ränidioksiid (E551), selle kasutamine, mõju organismile, kahju ja kasu, koostis, tarbijate ülevaated
Teostatud funktsioonid
paakumisvastane aine ja paakumisvastane aine
Kasutamise seaduslikkus
Ukraina
EL
Venemaa
Ränidioksiid on anorgaaniline ühend, millel on tavatingimustes vähe aktiivsust. Toatemperatuuril ei lahustu see vees, ei suhtle sellega ega teiste ainetega. See oksiid on happeline ja võib teatud tingimustel moodustada ränihappe sooli, mida nimetatakse silikaatideks.
Ränidioksiid on looduses laialt levinud, see on osa paljudest kivimitest ja mineraalidest. Igapäevaelus on see kõigile tuntud kui tavaline (kvarts)liiv. Selle aine kristallilisi modifikatsioone on mitut tüüpi.
Ränidioksiidi amorfset vormi kasutatakse ravimites abi- ja põhiainena. Amorfne ränidioksiid on toidulisand E551, mida kasutatakse toiduainetööstuses kuivade pulbritoodete paakumise ja kokkukleepumise vältimiseks.
Tööstuses kasutatakse ränidioksiidi ehitusmaterjalide, keraamiliste toodete, abrasiivide, fiiberoptiliste kaablite tootmisel. Tehnilistel eesmärkidel kasutatakse looduslikest allikatest pärit toodet. Toidu- ja farmaatsiatööstuses kasutatakse lisandina E551 räni oksüdeerimisel väga kõrgel temperatuuril sünteesitud ränidioksiidi.
Lisand E551 on üks tervisele ohutumaid ühendeid. See aine on söögitorus absoluutselt lahustumatu ja eritub organismist muutumatul kujul. Lisaks positiivsele mõjule toidu kvaliteedile võib toidulisand E551 omada soolestikku puhastavat toimet. Pole juhus, et ränidioksiidi kasutatakse praktilises meditsiinis enterosorbendina. Seda ainet leidub paljudes hambapastades ja see aitab kaasa suuõõne mehaanilisele ja mikrobioloogilisele puhastamisele.
Arvestades ränidioksiidi lahustumatust, ei tohiks inimesed, kellel on probleeme eritussüsteemiga, kuritarvitada toiduaineid, millele on lisatud E551. Kui seda ainet satub kehasse suures koguses, ei saa täielikult välistada selle kogunemist kuseteede kanalitesse, eriti juhtudel, kui need on deformeerunud või spasmilised.
Lisand E551 takistab kuivtoidutoodete paakumist ja tükkide teket neis. Seda kasutatakse vürtside ja muude segude pakendamiseks. Amorfse ränidioksiidi lisamine on eriti aktuaalne, kui kuivtoidutooted on pakitud fooliumisse. E551 maksimaalne kontsentratsioon ühes kilogrammis toidusegudes ei tohiks ületada 30 grammi. Ränidioksiidi on lubatud kasutada toidu lisaainena kõigis riikides.
