Všeobecně

Definice silikagelu
Silikagel je amorfní forma oxidu křemičitého, který je synteticky vyrobený v podobě tvrdých nepravidelných zrn (mají vzhled krystalů) nebo pravidelných kuliček. Porézní struktura vzájemně propojených dutin poskytuje velmi vysokou povrchovou plochu (až 800 čtverečních metrů na gram). Silikagel se vyrábí průmyslově a může adsorbovat široké spektrum látek. Používá se zejména pro adsorbci vodní páry, tj. je schopen držet molekuly na jeho vnitřním povrchu, a proto se nazývá 'vysoušedlo'. Objem pórů silikagelu je obecně větší než 0,2 ml/g, vnitřní povrch větší než 400 m2/g. Šířka pórů se pohybuje od 1 nm až po několik set nm (nm = nanometr, 1nm = 10^-9 cm).

Struktura silikagelu
Silikagel je vysoce porézní forma oxidu křemíku nebo směs oxidu hlinitého a oxidu křemičitého. I přes svůj název je silikagel tuhá látka. Silikagel má různou strukturu podle velikosti pórů. Póry jsou klasifikovány podle jejich průměru:
- mikropóry mají poloměr menší než 1 nm (= 10 angströmů).
- mezopóry mají poloměr 1-25 nm.
- makropóry mají poloměr větší než 25 nm.
V závislosti na různé průměrné velikosti pórů silikagelu se dělí na
- porézní, tzv. silikagely A-typu
- širokopórovitý s velkými póry, B-typu silikagelu podle definice CEFIC (Conseil Européen des federací de l'Industrie Chimique)

Výroba
Silikagel se vyrábí z křemičitanu sodného a kyseliny sírové, někdy se přidává oxid hlinitý, aby vznikl voděodolný materiál. Během procesu se vytváří mikrokrystaly, které obsahují velké množství distribuovaných pórů s různou velikostí. Křemičité gely jsou výsledkem klasické reakce alkalických silikátů s minerální kyselinou. Kyselina sírová je nejčastěji používanou kyselinou, ačkoli lze použít i jiné minerální kyseliny, jako kyselinu chlorovodíkovou, kyselinu dusičnou nebo kyselinu fosforečnou. K alkalickým křemičitanům se přidává kyselina, dokud se nedosáhne pH okolo 3 až 5. Výsledný produkt je tuhý oxid křemičitý, který obsahuje kapalnou fázi. Způsob sušení určí strukturu, velikost pórů a výslednou velikost konečného výrobku.

Definice adsorpce
Obohacení látek v mezní vrstvě mezi fázemi se obecně nazývá adsorpce. K adsorpci na pevné fázi může dojít z okolního plynu nebo z kapalné fáze. Desorpce je inverzní proces adsorpce.

Fyzikální adsorpce
Adsorpci dělíme na fyzikální adsorpci a chemisorpci. Fyzikální adsorpce je způsobena především Van der Waalsovými silami. Chemické vlastnosti adsorbované látky jsou beze změny. Fyzikální adsorpce je vratná, tj. adsorbované látky mohou být uvolněné z povrchu a vrátit se do svého původního stavu za určitých podmínek.

Adsorbované látky
Organické a nepolární látky se absorbují na silikagelu. Tyto látky se adsorbují na aktivním uhlí silněji než na silikagelu. Na druhou stranu polární molekuly vody jsou adsorbovány silikagelem selektivnějí a efektivnějí ve srovnání s jinými adsorbčními médii, jako je aktivní uhlí. Proto je silikagel používán jako vysoušedlo, které ostraňuje vodu ze vzduchu a dalších plynů. Dokonce i když je nasycen vodní párou, silikagel má stále vzhled suchého produktu, jeho tvar je beze změny. Silikagel je jedním z nejstarších a nejpopulárnějších vysoušedel a adsorbentem používaným pro širokou řadu průmyslových a spotřebitelských aplikací.

Znázornění adsorpce
Pomocí adsorpční izotermy můžeme znázornit adsorpci jako funkci koncentrace látky, která je adsorbována. Adsorpční izoterma popisuje rovnováhu mezi látkami v ovzduší, které jsou absorbovány (zbytková koncentrace) a adsorbovanými látkami na povrchu silikagelu (max. zatížení při rovnovážné koncentraci).
Obecně se maximální zatížení zvyšuje s vyšší koncentrací. Čím je vyšší vlhkost okolního vzduchu, tím větší je množství vody, které je adsorbováno při dosažení rovnováhy.