Silicagel

Silicagel oder Kieselgel ist eine poröse Form von Siliciumdioxid, also amorphe Kieselsäure in festem Zustand, mit einer großen inneren Oberfläche. Es wird als Filter-, Adsorptionsmaterial und Trockenmittel verwendet, da es stark hygroskopisch (wasseranziehend) wirkt. Man rechnet es zu den Xerogelen.

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Übersicht

Kieselgel selbst ist farblos, die blaue Färbung entsteht durch Beifügung eines Indikatormittels; dazu wird meist Cobalt(II)-chlorid (CoCl₂) verwendet. Wenn das Silicagel Wasser gebunden hat, verfärbt sich auch das Indikatormittel blassrosa bis weißlich; dabei entsteht der Komplex Hexaaquakobalt(II)chlorid ([Co(H₂O)₆]Cl₂). Das Silicagel verliert dabei seine Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen, kann jedoch regeneriert werden.

Verwendung

Trockenmittel

Silicagel wird zum Trocknen von feuchten chemischen Verbindungen verwendet.

In den 1930er Jahren gab es Versuche bei Zeppelin, Silicagel zum Auftriebsausgleich zu verwenden. Die aufgenommene Feuchtigkeit sollte den Gewichtsverlust des verbrauchten Kraftstoffs ausgleichen.

Mit Silicagel gefüllte kleine Papiertütchen oder Kissen (Antikondensationsbeutel) liegen vielen feuchtigkeitsempfindlichen Warensendungen bei (z. B. elektronischen Geräten, Lederwaren und Nori-Algen für die japanische Küche), um deren Inhalt beim Versand trocken zu halten und die Bildung von Kondensations-Feuchtigkeit bei der Verbringung von warmen in kalte Umgebungen zu verhindern.

Auch in feuchtigkeitsempfindlichen elektronischen Gerätschaften sind sie oft zu finden; beispielsweise werden Tütchen mit Silicagel in der Unterwasserfotografie genutzt, um das Innere der Kamera trockenzuhalten.

Während Silicagele selbst gesundheitlich unbedenklich sind, wird Blaugel (blaues Silicagel) aufgrund des Gehaltes an Kobaltchlorid seit dem Jahr 2000 als krebserzeugend Kategorie 2 eingestuft (d. h. im Tierversuch wurde bei relativ hohen Dosen eine krebserzeugende Wirkung festgestellt). Es ist daher mit dem R-Satz 49 (kann Krebs erzeugen beim Einatmen) und dem Symbol giftig zu versehen. Gefährlich sind allerdings nur die Stäube, die z. B. beim Umfüllen auftreten. Als Alternative zu Blaugel wird Orangegel (siehe Foto) eingesetzt, das ist Silicagel mit einem anderen Indikator anstatt Kobaltchlorid.

Die maximale Wasseraufnahme des "normalen" Silicagels beträgt etwa ein Drittel des eigenen Gewichts. Es gibt auch großporiges Silicagel (Foto), das bis zu zwei Drittel Wasser adsorbieren kann. Es liegt dabei immer ein Gleichgewicht von adsorbiertem Wasser und der Luftfeuchtigkeit vor. D. h. die maximale Wasseraufnahme gilt für wasserdampfgesättigte Luft. Bei normaler Luftfeuchtigkeit (ca. 40 - 60 % rF) wird diese Kapazität nicht erreicht. Bei sehr niedriger Luftfeuchte gibt das Silicagel das Wasser auch wieder ab (z. B. in der Hitze, siehe unten "Regenerierung").

Alkoholtest

In Alkoholteströhrchen wird das Silicagel mit Chromschwefelsäure getränkt, der vorbeiziehende Alkoholdampf reduziert das Dichromat zu grünen Chromverbindungen. Anhand der Stärke und Ausdehnung der Verfärbung lässt sich der Grad der Alkoholisierung abschätzen.

Wärmespeicher

Eine ganz neue Idee ist die Verwendung als Thermochemischer Wärmespeicher. Silicagel hat die Eigenschaft bei der Adsorption, der Aufnahme von Wasser, Wärme abzugeben und bei der Desorption, der Trocknung, Wärme aufzunehmen. Dieser Prozess funktioniert als chemische Wärmepumpe und kann beliebig oft wiederholt werden.

Stationäre Phase in der Chromatographie

Kieselgel ist die am häufigsten verwendete stationäre Phase in der Dünnschichtchromatographie (DC) und Säulenchromatographie. Für die DC wird das Silicagel auf geeignete Trägermaterialien aufgebracht (z. B. Glas, Aluminiums). Oft wird es zusätzlich mit Zusatzstoffen (z. B. Fluoreszenzindikatoren) versetzt.

Abkürzungen für bestimmte Zusätze:

• Fluoreszenz: F₃₆₆ für langwelliges und F₂₅₄ für kurzwelliges Licht
• Gips: G
• ohne Zusätze: H
• für präparative Schichtchromatographie: P
• hochgereinigt: R

Die freien -OH Gruppen an der Oberfläche des Kieselgels machen es polar und binden bevorzugt polare Moleküle mithilfe von Wasserstoffbrückenbindungen. Sehr stark polare Substanzen lassen sich nicht wieder eluieren. Hier bietet sich die Verwendung von "Reversed-Phase-Kieselgel" an. "Reversed-Phase" bedeutet, dass die Oberfläche z. B. mit C2, C4, C8 oder C18-Ketten modifiziert wurde und somit unpolar ist.

Bezugsquellen

Kieselgel ist im Chemiehandel sowie im Versand zu beziehen. Kleinstmengen sind extrem teuer, in größeren Verpackungen ist es billiger, jedoch muss man das Silicagel dann selbst in geeignete Kissen oder Tütchen abfüllen. Mittlerweile gibt es auch Trockenbeutel aus durchscheinendem Polypropylen-Faservlies, gefüllt mit bis zu 100 g Silicagel orange. Der Indikator entfärbt sich bei Aufnahme einer bestimmten Menge Wasser und man erkennt, wann die Kapazität erschöpft ist.  

Regenerierung

    Silicagel bleibt auch im erschöpften Zustand rieselfähig und formbeständig; es kann – eingebracht in metallischem Siebgitter oder einem Backblech – bei Bedarf zum Beispiel im Backofen bei etwa 120 bis 150 °C eigenhändig wieder getrocknet werden.

Befindet sich das Silicagel in permeablen Kunststoffverpackungen, beispielsweise aus Tyvek, darf die Trocknung bei maximal ca. 80 °C erfolgen. Der Mikrowellenherd ist zum Trocknen grundsätzlich nicht geeignet.