Wax soo saarka iyo nolosha, jel silica waxaa loo isticmaali karaa in lagu qalajiyo N2, hawada, hydrogen, gaaska dabiiciga ah [1] iyo wixii la mid ah. Sida laga soo xigtay acid iyo alkali, qalajiyaha waxaa loo qaybin karaa: qalajiye asiidh, qalajiye alkaline iyo qalajiye dhexdhexaad ah [2]. Silica gel wuxuu u muuqdaa inuu yahay qalajiye dhexdhexaad ah oo u muuqda inuu qallajinayo NH3, HCl, SO2, iwm. Si kastaba ha ahaatee, marka laga eego aragtida mabda'a ah, jel silica wuxuu ka kooban yahay fuuq-baxa intermolecular saddex-geesoodka ah ee molecules acid orthosilicic, jirka ugu weyn waa SiO2. oogada sarena waxay qani ku tahay kooxaha hydroxyl (fiiri sawirka 1). Sababta ay jel silica u nuugi karto biyaha waa in kooxda silikoon hydroxyl ee dusha sare ee jel silica ay samayn karaan curaarta hydrogen intermolecular oo leh molecules biyaha, sidaas darteed waxay soo saari kartaa biyaha sidaas darteedna waxay ka ciyaaraan door qallajin. Jeelka silica midabka beddela waxa uu ka kooban yahay ions cobalt, ka dib markii ay biyuhu adsorption ay gaadhaan dhereg, ionada kobalt ee ku jira jel silica midabka bedelaya waxa ay noqonayaan hydrated cobalt ions, si ay gel silica buluug u noqdo casaan. Kadib kuleylinta jel silica casaanka ah ee 200 ℃ muddo wakhti ah, xidhiidhka hydrogen ee u dhexeeya jelka silica iyo molecules biyaha ayaa jebiya, jelka silica ee midabaysan ayaa mar kale noqon doona buluug, si jaantuska qaabdhismeedka silicic acid iyo silica gel dib loo isticmaalo sida ku cad Jaantuska 1. Sidaa darteed, maadaama dusha sare ee silica gel uu qani ku yahay kooxaha hydroxyl, dusha sare ee silica gel ayaa sidoo kale laga yaabaa inay sameeyaan bonds hydrogen intermolecular oo leh NH3 iyo HCl, iwm. Qalajiyaha NH3 iyo HCl, mana jirto warbixin la xiriirta suugaanta jirta. Hadaba maxaa ka soo baxay? Mawduucan waxay samaysay cilmi-baadhis tijaabo ah oo soo socota.
FIG 1 Jaantuska qaab dhismeedka ortho-silicic acid iyo jel silica
2 Qaybta Tijaabada
2.1 Sahaminta baaxadda codsiga ee silica gel desiccant - Ammonia Marka hore, jel silica midabka la geliyey biyo nadiif ah iyo xoog saaray biyaha ammonia siday u kala horreeyaan. Jeelka silica ee midabka leh ayaa casaan u noqda biyo diirran; Ammonia-ka xooga leh, silikoonka midab beddela ayaa marka hore casaan noqda oo si tartiib ah u noqda buluug khafiif ah. Tani waxay tusinaysaa in jelka silica uu nuugi karo NH3 ama NH3 ·H2 O gudaha ammonia. Sida ku cad Jaantuska 2, Calcium hydroxide adag iyo ammonium chloride ayaa si siman isku qasan oo lagu kululeeyaa tuubada tijaabada. Gaaska ka soo baxa waxaa la saaraa lime alkali ka dibna waxaa lagu saaraa jel silica. Midabka silica jel ee u dhow jihada laga soo galo ayaa noqda mid fudud (midabka codsiga baaxadda silica gel desiccant ee Jaantuska 2 ayaa la sahamiyay - ammonia 73, wajiga 8aad ee 2023 asal ahaan waa isku mid sida midabka silica gel qooyay. biyaha ammonia oo xoog leh), iyo warqadda tijaabada pH ma laha isbeddel muuqda. Tani waxay muujinaysaa in NH3 la soo saaray aysan gaarin warqadda tijaabada pH, oo si buuxda ayaa loo dhajiyay. Muddo ka dib, jooji kuleylka, soo saar qayb yar oo ka mid ah kubbadda silica gel, ku rid biyaha nadiifka ah, ku dar phenolphthalein biyaha, xalku wuxuu noqdaa casaan, taas oo muujinaysa in jelka silica uu leeyahay saameyn xooggan oo xayeysiis ah. NH3, ka dib marka biyaha la nadiifiyo la gooyo, NH3 waxay gashaa biyaha nadiifka ah, xalku waa alkaline. Sidaa darteed, sababtoo ah jel silica waxay leedahay xayeysiis xooggan oo loogu talagalay NH3, wakiilka silikoon ma qallajin karo NH3.
FIG 2 Sahaminta baaxadda codsiga ee qalajiyaha jel silica - ammonia
2.2 Sahaminta baaxadda codsiga ee silica gel desiccant - hydrogen chloride marka hore waxay gubtaa NaCl adkaha leh ololka alkoholka si looga saaro biyaha qoyan ee qaybaha adag. Ka dib marka muunada la qaboojiyo, aashitada sulfuric ee xoogga leh ayaa lagu daraa NaCl adag si ay isla markiiba u soo saarto xumbo badan. Gaaska la dhaliyo waxaa loo gudbiyaa tuubo qallajin oo wareegsan oo ay ku jirto jel silica, iyo warqad tijaabo ah oo qoyan oo pH ah ayaa la dhigayaa dhamaadka tuubada qalajinta. Jeelka silica ee ku yaal cidhifka hore wuxuu isu rogaa cagaar khafiif ah, warqadda tijaabada pH-ga qoyanna wax isbeddel ah ma leh (eeg sawirka 3). Tani waxay tusinaysaa in gaaska HCl ee la soo saaray uu si buuxda ugu milmay jel silica oo aanu u baxsan hawada.
Jaantuska 3 Cilmi-baadhis ku saabsan baaxadda codsiga ee qalajiyaha jel silica - hydrogen chloride
Jeelka silica ayaa lagu dhejiyay HCl oo isu rogay cagaar khafiif ah ayaa la dhex geliyay tuubo tijaabo ah. Geli silica buluugga cusub ee tuubada tijaabada, ku dar hydrochloric acid xoog leh, jel silica sidoo kale wuxuu noqdaa midab cagaar khafiif ah, labada midab asal ahaan waa isku mid. Tani waxay ku tusinaysaa gaaska silica jelka ee tuubada qalajinta wareegsan.
2.3 Sahaminta baaxadda codsiga ee qalajiyaha jel silica - sulfur dioxide isku dhafan sulfuric acid leh sodium thiosulfate adag (eeg sawirka 4), NA2s2 O3 +H2 SO4 ==Na2 SO4 + SO2 ↑+S↓+H2 O; Gaaska la dhaliyo waxaa la dhex maraa tuubada qalajinta oo ay ku jirto jelka silica ee midabaysan, jelka silica ee midabkiisu midabkiisu noqday buluug-cagaaran, iyo warqadda litmus buluugga ah ee dhammaadka warqadda tijaabada qoyan si weyn isuma beddeleyso, taas oo muujinaysa in gaaska SO2 ee soo baxay uu leeyahay. waxaa si buuxda u damiyey kubbadda jelka silica mana baxsan karto.
FIG 4 Sahaminta baaxadda codsiga ee qalajiyaha jel silica - sulfur dioxide
Ka saar qayb ka mid ah kubbadda jelka silica oo ku rid biyo diirran. Ka dib dheelitirka buuxa, ku qaado qadar yar oo biyo ah warqadda buluugga ah ee buluugga ah. Warqadda imtixaanku si weyn isuma beddesho, taas oo muujinaysa in biyaha la miiray aanay ku filnayn inay SO2 ka milmaan jelka silica. Qaado qayb yar oo ka mid ah kubbadda jelka silica oo ku kululee tuubada tijaabada. Ku rid warqad qoyan oo buluug ah afka tuubada baaritaanka. Warqadda litmus buluugga ah ayaa casaan noqonaysa, taas oo muujinaysa in kuleylku uu ka dhigayo gaaska SO2 in laga soo saaro kubbadda silica gel, sidaas darteed ka dhigaysa warqadda litmus casaan. Tijaabooyinka kor ku xusan waxay muujinayaan in silica jelka uu sidoo kale saameyn xoog leh ku leeyahay SO2 ama H2 SO3, oo aan loo isticmaali karin qalajinta SO2 gaaska.
2.4 Sahaminta baaxadda codsiga ee qalajiyaha jel silica - Kaarboon dioxide
Sida ku cad sawirka 5, dareeraha sodium bicarbonate ee dareeraha phenolphthalein wuxuu u muuqdaa casaan khafiif ah. Soodhiyam bicarbonate adag waa la kululeeyaa ka dibna isku darka gaaska waxaa la dhex maraa tuubo qallajisa oo ay ku jiraan silica jel qallalan. Jeelka silica si weyn isuma beddelo oo sodium bicarbonate oo ka tifqanaya phenolphthalein waxay soo saartaa HCl. Ionka cobalt ee ku jira jelka silica ee midabaysan wuxuu sameeyaa xal cagaaran oo leh Cl- oo si tartiib tartiib ah u noqda mid aan midab lahayn, taas oo muujinaysa in uu jiro gaas CO2 ah dhamaadka tuubada qalajinta wareega. Jeelka silica-cagaaran ee khafiifka ah waxa la dhex dhigaa biyo la miiray, oo jelka silica ee midaboobay ayaa si tartiib tartiib ah isu beddelaya huruud, taas oo muujinaysa in HCl ay ku dhejisay jelka silica la miiray biyaha. Qadar yar oo ka mid ah xalalka aqueous sare ayaa lagu daray dareeraha nitrate-ka qalinka ah ee aysiidhka nitric acid si uu u sameeyo roob cad. Xaddi yar oo xal aqueous ah ayaa lagu daadiyaa tiro balaadhan oo ah waraaqda tijaabada pH, warqada tijaabada ayaa casaan noqonaysa, taas oo muujinaysa in xalku yahay acidic. Tijaabooyinka kor ku xusan waxay muujinayaan in silica jelka uu leeyahay saameyn xooggan oo ku saabsan gaaska HCl. HCl waa molecule xoog leh, kooxda hydroxyl ee dusha sare ee silica gel sidoo kale waxay leedahay polarity xooggan, labaduba waxay samayn karaan isku-xidhka hydrogen intermolecular ama waxay leeyihiin isdhexgalka dipole dipole xoog leh, taasoo keentay in xoog xoog leh oo dhexdhexaad ah oo u dhexeeya dusha sare ee silica. jel iyo HCl molecules, sidaas darteed jel silica waxay leedahay xayaysiin xooggan oo ah HCl. Sidaa darteed, wakiilka qalajinta silikoon looma isticmaali karo in lagu qalajiyo baxsashada HCl, taas oo ah, jel silica ma xayeysiiso CO2 ama kaliya qayb ahaan adsorb CO2.
FIG 5 Sahaminta baaxadda codsiga ee qalajiyaha jel silica - carbon dioxide
Si loo caddeeyo adsorption of silica gel to gaska carbon dioxide, tijaabooyinka soo socda waa la sii waday. Kubbada jelka silica ee tuubada qalajinta wareega ayaa la saaray, waxaana qaybteeda loo qaybiyay xalalka sodium bicarbonate ee soo daadanaya phenolphthalein. Xalka sodium bicarbonate ayaa la midabeeyay. Tani waxay muujinaysaa in silica gel adsorbs carbon dioxide, iyo ka dib marka lagu milmo biyaha, carbon dioxide desorbs galay xal sodium bicarbonate, samaynta xal sodium bicarbonate yaraaday. Qaybta soo hadhay ee kubbadda silikoonka waxaa lagu kululeeyaa tuubo tijaabo ah oo qalalan, gaaska ka soo baxana waxaa loo gudbiyaa xal sodium bicarbonate ah oo ku tifqatay phenolphthalein. Wax yar ka dib, xalka sodium bicarbonate wuxuu ka beddelayaa casaan khafiif ah oo aan midab lahayn. Tani waxay sidoo kale muujinaysaa in silica jel weli uu leeyahay awoodda adsorption ee CO2 gaaska. Si kastaba ha ahaatee, xoogga xayeysiiska ee silica gel ee CO2 aad ayuu uga yar yahay kan HCl, NH3 iyo SO2, iyo kaarboon dioxide ayaa qayb ahaan lagu dhejin karaa oo kaliya inta lagu jiro tijaabada Jaantuska 5. Sababta sababta gelitaanka silica ay qayb ahaan u xajin karto CO2 waxay u badan tahay inay noqoto in silica jel iyo CO2 ay sameeyaan isku xidhka hydrogen intermolecular Si — OH… O = C. Sababtoo ah atomka kaarboonka dhexe ee CO2 waa sp hybrid, iyo atomka silikoon ee ku jira jel silica waa sp3 hybrid, molecule CO2 toosan si fiican ulama shaqeeyo dusha sare ee silica gel, taasoo keentay in awoodda adsorption of silica gel on carbon dioxide waa xad. yar.
3.Isbarbardhigga u dhexeeya milanka afarta gaas ee biyaha iyo heerka adsorption ee dusha sare ee jel silica Laga soo bilaabo natiijooyinka tijaabada ah ee kor ku xusan, waxaa la arki karaa in silica gel uu leeyahay awood adsorption xoog leh oo loogu talagalay ammonia, hydrogen chloride iyo sulfur dioxide, laakiin xoog yar oo adsorption ah oo loogu talagalay kaarboon laba ogsaydh (eeg Shaxda 1). Tani waxay la mid tahay milanka afarta gaas ee biyaha. Tani waxay noqon kartaa sababtoo ah molecules biyuhu waxay ka kooban yihiin hydroxy-OH, oogada silica gel sidoo kale waxay qani ku tahay hydroxyl, markaa milanka afartan gaas ee biyaha ayaa aad ugu eg sida ay u nuugaan dusha silica gel. Waxa ka mid ah saddexda gaas ee gaaska ammonia, hydrogen chloride iyo sulfur dioxide, sulfur dioxide waxa ay leedahay milanka ugu yar ee biyaha, laakiin ka dib marka lagu daro jel silica, waa tan ugu adag in la nadiifiyo saddexda gaas. Ka dib markii jel silica adsorbs ammonia iyo hydrogen chloride, waxaa lagu qasi karaa biyo dareere ah. Ka dib marka gaasta sulfur dioxide lagu dhejiyo jel silica, way adagtahay in lagu nadiifiyo biyaha, waana in lagu kululeeyaa si ay u nadiifiyaan dusha silica jel. Sidaa darteed, isku dhafka afarta gaas ee dusha sare ee jel silica waa in aragti ahaan la xisaabiyaa.
4 Xisaabinta aragtida isdhexgalka ka dhexeeya jel silica iyo afar gaas ayaa lagu soo bandhigay xisaabinta ORCA software [4] iyada oo la raacayo qaabdhismeedka aragtida shaqada ee cufnaanta (DFT). Habka DFT D/B3LYP/Def2 TZVP ayaa loo isticmaalay si loo xisaabiyo hababka isdhexgalka iyo tamarta u dhexeeya gaasaska kala duwan iyo jelka silica. Si loo fududeeyo xisaabinta, silica gel adkaha ah waxaa matalaya molecules tetrameric orthosilicic acid. Natiijooyinka xisaabinta waxay muujinayaan in H2 O, NH3 iyo HCl ay dhammaantood samayn karaan bonds hydrogen oo leh kooxda hydroxyl ee dusha sare ee jelka silica (eeg sawirka 6a ~ c). Waxay leeyihiin tamar xoog badan oo ku xidhan oogada silica gel (eeg Shaxda 2) oo si fudud ayaa loogu dhejiyaa dusha silica jelka. Maadaama tamarta isku xidhan ee NH3 iyo HCl ay la mid tahay ta H2 O, biyo-dhaqidda waxay u horseedi kartaa kala-baxa labadan unugyo gaas ah. molecule-ka SO2, tamartiisu waa -17.47 kJ/mol, taas oo aad uga yar saddexda molecule ee kore. Si kastaba ha ahaatee, tijaabadu waxay xaqiijisay in gaaska SO2 si fudud loogu dhejiyo jeelka silica, oo xitaa maydhisku aanu karin karin, oo kulaylka kaliya ayaa ka dhigi kara SO2 inay ka baxsadaan dusha sare ee jelka silica. Sidaa darteed, waxaan qiyaasnay in SO2 ay u badan tahay inay ku darsato H2 O oo ku yaal dusha sare ee jel silica si ay u sameeyaan jajabyada H2 SO3. Jaantuska 6e wuxuu muujinayaa in H2 SO3 molecule uu sameeyo saddex qaybood oo hydrogen ah oo leh hydroxyl iyo atomiyada oksijiinta ee dusha sare ee jel silica isku mar, iyo tamarta isku xiran waa ilaa -76.63 kJ / mol, taas oo sharxaysa sababta SO2 ay ugu dhejisay jelka silica way adag tahay in biyo lagaga baxsado. CO2-da aan polar-ka ahayn ayaa leh awoodda ugu liidata ee isku xidhka jelka silica, waxaana qayb ahaan lagu milmi karaa jel silica. Inkasta oo tamarta isku-xidhka ah ee H2 CO3 iyo silica gel ay sidoo kale gaadheen -65.65 kJ / mol, heerka beddelka CO2 ilaa H2 CO3 ma ahayn mid sarreeya, sidaas darteed heerka xajinta ee CO2 ayaa sidoo kale la dhimay. Waxaa laga arki karaa xogta kor ku xusan in polarity ee molecule gaaska aysan ahayn halbeegga kaliya ee lagu qiimeeyo in lagu dhejin karo jel silica, iyo bond bond ee lagu sameeyay dusha silica gel waa sababta ugu weyn ee xajinta xasilloon.
Halabuurka silica jel waa SiO2 · nH2 O, oogada weyn ee silica jel iyo kooxda hodanka ah ee hydroxyl ee dusha sare waxay sameeyaan jel silica waxaa loo isticmaali karaa qalajiye aan sun ahayn oo leh waxqabad aad u fiican, waxaana si ballaaran loo isticmaalaa wax soo saarka iyo nolosha. . Warqadan, waxaa lagu xaqiijiyay laba dhinac oo tijaabo ah iyo xisaabinta aragtida in silica gel ay ku dhejin karto NH3, HCl, SO2, CO2 iyo gaasaska kale iyada oo loo marayo bonds intermolecular hydrogen, sidaas darteed gel silica looma isticmaali karo qalajinta gaasaskan. Halabuurka silica jel waa SiO2 · nH2 O, oogada weyn ee silica jel iyo kooxda hodanka ah ee hydroxyl ee dusha sare waxay sameeyaan jel silica waxaa loo isticmaali karaa qalajiye aan sun ahayn oo leh waxqabad aad u fiican, waxaana si ballaaran loo isticmaalaa wax soo saarka iyo nolosha. . Warqadan, waxaa lagu xaqiijiyay laba dhinac oo tijaabo ah iyo xisaabinta aragtida in silica gel ay ku dhejin karto NH3, HCl, SO2, CO2 iyo gaasaska kale iyada oo loo marayo bonds intermolecular hydrogen, sidaas darteed gel silica looma isticmaali karo qalajinta gaasaskan.
３
FIG 6 Qaababka isdhexgalka ee u dhexeeya unugyo kala duwan iyo dusha silica gel oo lagu xisaabiyo habka DFT
Waqtiga boostada: Nov-14-2023
