Lima 2012

INTRODUCCION:SÍLICA GEL

El gel de sílice, también conocido como Silicagel, es un producto absorbente, catalogado como el de mayor capacidad de absorción de los que se conocen actualmente. Es una sustancia química de aspecto cristalino, porosa, inerte, no tóxica e inodora, de fórmula química molecular SiO2 nH2O, insoluble en agua ni en cualquier otro solvente, químicamente estable, sólo reacciona con el ácido fluorhídrico y el álcali.

HISTORIA

El gel de sílice fue patentado en 1919 por Walter A. Patrick, profesor de química en la Universidad Johns Hopkins, Baltimore (Maryland). Anteriormente fue usado en las máscaras antiguas, durante la Primera Guerra Mundial, para la absorción de vapores y gases. La sustancia se conocía desde 1640 como una curiosidad científica.

En la Segunda Guerra Mundial, el gel de sílice fue indispensable para mantener la penicilina seca, protegiendo el equipamiento militar de los daños producidos por la humedad, como fluido catalizador en el craqueo para la producción de gasolina de alto octanaje y como catalizador para la producción del butadieno a partir del etanol, materia prima principal para el programa de caucho sintético.2

PROPIEDADES

Propiedades del alumbre potásico1

Sinónimos Gel de sílice, silica gel

Estado físico, color y olorGránulos, blanco/azul y

inodoro

Formula molecular SiO2. H2O

Punto de fusión 1710°C

Densidad 2.2-2.6 g/cm3

Solubilidad en agua Insoluble (20°C)

Temperatura de ebullición 2230°C

USOS

Gracias a su composición química única y a su estructura física, el gel de sílice posee unas características incomparables con otros materiales similares, por ejemplo la alta absorción, funcionamiento termal estable, característica física estable, fuerza mecánica relativamente alta, etcétera.2

Según el diámetro del poro se categoriza el gel de sílice como de poro fino o macro poroso, cada uno de ellos con una capacidad diferente de absorción en función de la humedad relativa, por lo que la elección del tipo debe ajustarse según las condiciones de utilización.

Principales aplicaciones: 2

Sequedad estática

- Embalajes a prueba de humedad (materiales electrónicos y fotosensibles)- Aplicaciones de instrumental de precisión y eléctrico- Comestibles- Medicinas- Armas- Zapatos y ropa- Productos de cuero- Deshumidificación de armarios o espacios cerrados- Instrumentos musicales

Absorción y separación de sustancias

- Separación de impurezas en la industria petroquímica - Industria química sintética - Estaciones de energía eléctrica - Refinamiento de productos químicos orgánicos

Catalizador

- Portador del catalizador o catalizador en industria petroquímica, químicos orgánicos y sintéticos

Sequedad dinámica

- Aire seco en almacenes, laboratorios farmacéuticos, fabricas de instrumentos de precisión y electrónicos- Aire comprimido- Deshidratación

- Fabricación de gases industriales- Control de humedad en el medio ambiente

Análisis y pruebas químicas

- Análisis y separación de materias orgánicas naturales y sintéticas- Análisis cuantitativos y cualitativos de componentes o impurezas contenidas en medicinas- Pesticidas- Materiales de medicina herbal- Cereales- Comestibles y productos químicos orgánicos- Separación o refinado de algunas sustancias

Deshidratación de líquidos

- Deshidratación de solventes orgánicos - Deshidratación de metanol, etanol, benceno, tolueno, gasolina - Deshidratación de refrigerantes (amoniaco, freón, diclorometano) - Deshidratación de aceite

PRIMEROS AUXILIOS

CROMATOGRAFÍA:

En 1906, el botánico ruso Tswett, se aprovechó de los primeros intentos realizados en 1903 sobre la posibilidad de separar los componentes de una mezcla por fenómenos de adsorción.6 Se puso en una columna rellena con carbonato de calcio finamente pulverizado una mezcla de pigmentos de las plantas (clorofilas y xantofilas) disuelto en

VÍAS DE ENTRADA PRIMEROS AUXILIOS1

INGESTIÓN ACCIDENTAL

Lavar la boca con agua y después beber agua abundante. No provocar el vómito. Consultar a un médico.

CONTACTO CON LOS OJOS

Lávese a fondo con agua abundante durante 15 minutos por lo menos y consulte al médico.

CONTACTO CON LA PIEL

Lavar inmediatamente con abundante agua durante al menos 15 minutos.

INHALACIÓNSalir al aire libre.

éter de petróleo. Se encontró que fueron adsorbidos en la parte superior de la columna. La adición continúa del disolvente puro a la parte superior de la columna causaba migración, de arriba a abajo, cada uno de los pigmentos a una velocidad propia. Tswett dio este método de separación llamado cromatografía (griego Khroma, color).

Sin embargo, fue durante los años 30 que la técnica desarrollado con eficacia. Los fundamentos de la cromatografía de capa fina fueron establecidas en 1938 por Izmailov Schraiber y luego tomada por STAHL veinte años más tarde (1958).

Notable trabajo de Martin y Synge (1941) por la que recibió el Nobel revolucionado no sólo la cromatografía líquida (LC), sino también en la fase de gas y en el papel. Fue en 1952 que JAMES MARTIN y publicó el primer trabajo real en la cromatografía de gases (GC) y papel y cuyo desarrollo se prolongó hasta 1960. A partir de este año, la cromatografía líquida se convierte en un socio de igual valor. En efecto, hasta ahora, que se hizo en columna relativamente ancha a presión atmosférica y por lo tanto la separación lenta y falta de detectores acoplados en línea.

La cromatografía comprende un conjunto importante y diverso de métodos que permite a los científicos separar componentes estrechamente relacionados en mezclas complejas, de gases, líquidos o sólidos en disolución mediante diferentes procesos físicos. Lo que en muchas ocasiones resulta imposible por otros medios. En donde una mezcla química en un líquido o gas se separa en componentes como resultado de la distribución diferencial de los elementos solubles. Se pueden separar moléculas en función de sus cargas, tamaños y masas moleculares. También a través de la polaridad de sus enlaces, sus potenciales redox, etc. En un sentido amplio, la distribución de un soluto entre dos fases es el resultado del balance de fuerzas entre las moléculas del soluto y las moléculas de cada fase. Refleja la atracción o repulsión relativas que presentan las moléculas o iones de las fases competidoras por el soluto y entre sí. Estas fuerzas pueden ser de naturaleza polar, proviniendo de momentos dipolares permanentes o inducidos, o pueden deberse a fuerzas de dispersión del tipo London. En cromatografía de intercambio iónico, las fuerzas en las moléculas del soluto son sustancialmente de naturaleza iónica; pero incluyen también fuerzas polares y no polares.7

La cromatografía no solo permite la separación de los componentes de una mezcla, sino también su identificación y cuantificación. Además es un tipo de extracción en donde una fase se mantiene fija y otra se mueve tras de ella; la fase móvil, que puede ser un líquido o un gas y la fase estacionaria que puede ser un líquido o un sólido, las cuatro combinaciones posibles dan lugar a cuatro grandes tipos de cromatografía, 8 como además el de intercambio iónico y la cromatografía de exclusión:

Cuando ambas fases se han escogido en forma apropiada los componentes de la muestra se separan gradualmente en bandas en la fase móvil. Al final del proceso los componentes separados emergen en orden creciente de interacción con la fase estacionaria. El componente menos retardado emerge primero, el retenido más fuertemente eluye al último (2). El reparto entre las fases aprovecha las diferencias entre las propiedades físicas y/o químicas de los componentes de la muestra.

Cromatografía líquido-sólido (CLS).

La fase estacionaria está constituida por un sólido polar poroso y que esta finamente granulado. La superficie específica contiene centros polares aptos para la adsorción de las moléculas polares presentes en la fase móvil. Al disminuir el tamaño de las partículas, el número de centros activos por unida es mayor, y la capacidad de adsorción se incrementa. El adsorbente más utilizado es gel de sílice aunque también se emplea alúmina activada. En el caso del gel de sílice la interacción se establece entre los grupos Si-OH y Si-O-Si, y los grupos funcionales polares de los compuestos orgánicos.

La fase móvil está constituida por un disolvente en el que los componentes de la mezcla deben ser al menos parcialmente solubles. La velocidad de elución de un compuesto se incrementa al aumentar la polaridad de la fase móvil y se puede utilizar un gradiente de polaridad aumentando con el tiempo la proporción del disolvente más polar.

Cromatografía en capa fina.

La cromatografía en capa fina se basa en la preparación de una capa, uniforme de un absorbente mantenido sobre una placa, la cual puede ser de vidrio, aluminio u otro soporte. La fase móvil es líquida y la fase estacionaria consiste en un sólido. La fase estacionaria será un componente polar y el eluyente será por lo general menos polar que la fase estacionaria, de forma que los componentes que se desplacen con mayor velocidad serán los menos polares (5). La mezcla a analizar se deposita a una pequeña distancia del borde inferior de la placa y se introduce en una cubeta que contiene la fase móvil, que asciende a lo largo de la placa por capilaridad, desplazando a los componentes de la

mezcla a diferentes velocidades, lo que provoca su separación. Cuando el frente del disolvente se encuentra próximo al extremo superior de la placa esta se saca y se visualiza.

La relación entre la distancia recorrida por un compuesto y por el disolvente desde el origen se conoce como Rf (rate factor).

Cromatografía en papel.

Es la más sencilla de las técnicas, pero sólo nos dará resultados cualitativos. Está casi en desuso. El método se basa en un mecanismo de reparto, y consiste en depositar una pequeña cantidad de muestra en el extremo de una tira de papel de filtro, que se deja evaporar. Luego se introduce la tira en una cubeta que contenga el disolvente, de manera que éste fluya por la tira por capilaridad. Cuando el disolvente deja de ascender o ha llegado al extremo, se retira el papel y seca (5). Si el disolvente elegido fue adecuado y las sustancias tienen color propio se verán las manchas de distinto color separadas. Cuando los componentes no tienen color propio el papel se somete a procesos de revelado. Hay varios factores de los cuales depende una cromatografía eficaz: la elección del disolvente y la del papel de filtro.

Cromatografía de intercambio iónico.

La cromatografía de intercambio iónico (cromatografía iónica) es un proceso que permite la separación de iones y moléculas polares basadas en las propiedades de carga de las moléculas. Puede ser usada en casi cualquier tipo de molécula cargada, incluyendo grandes proteínas, pequeños nucleótidos y aminoácidos. La solución que se inyecta es usualmente llamada muestra y los componentes separados individualmente son llamados analitos. Es usada a menudo en purificación de proteínas, análisis de agua o control de calidad. La fase estacionaria (resina de intercambio) muestra en la superficie grupos funcionales iónicos que interactúan con iones de carga opuesta. Este tipo de cromatografía se subdivide a su vez en la cromatografía de intercambio catiónico y cromatografía de intercambio aniónico.

Cromatografía de gases:

Es una de las técnicas más usadas con fines analíticos, es una de las cromatografías de más amplia utilización; dado que ninguna técnica analítica puede ofrecer su capacidad de separación o su sensibilidad a la hora de analizar compuestos volátiles. 4 Por otra parte, el hecho de que con esta técnica las mezclas sean separadas en fase gaseosa, establece los límites de su utilización que estarán marcados fundamentalmente por la estabilidad térmica de los compuestos a separar. Por lo general la utilización de la cromatografía de

gases está restringida a la separación de compuestos con un peso molecular menor de 1000 a una temperatura máxima de trabajo de aproximadamente 400 o C, dentro de estos límites la única limitación existente será la estabilidad térmica de la muestra.

DATOS EXPERIMENTALES, CÁLCULOS Y RESULTADOS

Resultados:

Densidad del Na2SiO3: 1.394 g/ml

En 15 ml de Na2SiO3: 20.91g de Na2SiO3

22.2ml de HCl 2N 1.6206g de HCl

Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 + 2NaCl (ac)

122.09g/mol 18g/mol 70g/mol 96g/mol 117g/mol

20.91g ------ 1.6206g 13.65g

Reactivo limitante es Na2SiO3

El reactivo en exceso es HCl

PLACA PETRI: 43.25g

Silicagel y placa petri : 52.7g

Silica gel: 9.45g

Rendimiento de la reacción: 69.23%

DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y RECOMENDACIONES:

Es una sustancia química de aspecto cristalino, porosa, inerte, no tóxica e inodora, de fórmula química molecular SiO2 nH2 O, insoluble en agua ni en cualquier otro solvente, químicamente estable, sólo reacciona con el ácido fluorhídrico y el álcali.

El gel de sílice es esencialmente SiO2 o formas hidratadas del SiO2, que a veces se escribe Si (OH)4 o SiO2 xH2O (3).∙

Mediante la reacción de una disolución acuosa de silicato sódico con ácido clorhídrico (2):

Na2SiO3 + H2O + 2HCl → Si (OH)4(ac) + 2NaCl (ac)

Sin embargo el producto de estas reacciones no es una solución sencilla de Si(OH)4 sino lo que se forma es un sólido gelatinoso que esta constituido por ácidos silícicos en polímeros formados por reacciones de condensación tales como (2):

El escurrimiento del gel blanco con una tela de nylon se debió para poder eliminar lo máximo posible el cloruro de sodio en solución. Cuando se calentó la mezcla de ácidos silícicos polímeros a una temperatura mayor a los 100oC para poder eliminar las moléculas de agua presentes en esta (4), se provocaron nuevas reacciones de condensación y el resultado es la formación de un sustancia dura, granular y translucida a la que llamamos silica gel (2).

Después de haber pasado por este proceso se forman diferentes tipos de grupos hidroxilos sobre la superficie de la silica gel (1).

Esto implica que los grupos hidroxilos sobre la superficie del material (fase estacionaria) confieren gran parte de las propiedades abortivas de la silica gel otorgándole las características únicas de separación (1).

Es a causa de esto que el gel de sílice, también conocido como Silica gel, es un producto absorbente, catalogado como el de mayor capacidad de absorción de los que se conocen actualmente (5).

En la cromatografía el extracto de plantas se pudo ver la separación de varios colores Sí, hay pigmentos verdes (clorofila a y clorofila b), amarillos (xantofila) y anaranjados (carotenos) (6). Además se utilizó como solvente el éter.

Según su grado de solubilidad con el éter de petróleo se reconocen estas bandas y en este orden:

· clorofila b

· Clorofila a

· Xantofila

· Carotenos

Siendo la clorofila b la más polar de estas moléculas puesto que presenta en su estructura un ácido carboxílico en un parte mientras que en la estructura de la clorofila a en ese mismo lugar encontramos un metil, restándole polaridad al compuesto (7). Y bueno las

xantofilas son más polares que los carotenos. Los compuestos más polares se encontraron más cerca de la base de la banda de silica gel por que se adhieren a este con mayor potencia por la interacción de las fuerzas intermoleculares.

CUESTIONARIO:1.- ¿Cómo se prepara el silicato de sodio o “vidrio soluble”?

PROCESO DE MANUFACTURA3

Hay dos métodos de producción usados en la manufactura de silicato de sodio, el proceso seco y el proceso húmedo. Las materias primas usadas en el proceso seco son cenizas de sosa y óxido de silicio, mientras que soda cáustica y sílice son los materiales esenciales usados en el proceso húmedo.

A. PROCESO SECO

1. El óxido de silicio es combinado en un contenedor de fusión el cual opera aproximadamente a 1,300 C. Luego, la combinación es mezclada con carbonato de sodio en un contenedor a presión de calentamiento.

2. La apariencia externa de este producto es una forma semisólida similar a un vaso. En este punto, se añade una cantidad adecuada de agua al contenedor de calentamiento, el cual está a una presión de vapor por debajo de 6 Kg por cm2. hasta su disolución.

3. Esta solución es enviada a una poza de sedimentación para precipitar la mayoría de las impurezas. Luego es transferido a un tanque filtrador para una filtración fina. Después experimenta un proceso de blanqueado o decolorado para clarificar la solución, transformándolo en la concentración estipulada lo cual concluye este proceso.

B. PROCESO HUMEDO

El proceso húmedo es muy semejante al proceso seco excepto que en el primer paso donde las materias primas (sílice y soda cáustica) son colocadas directamente en un contenedor a presión el cual es calentado para impulsar una reacción química formando una solución llamada vaso de agua. Naturalmente, el contenedor construido en el proceso húmedo no es precisamente el mismo que en el proceso seco, pero todo proceso posterior es similar al proceso seco.

2.- Escriba las reacciones que se producen en la preparación de silica gel.

Na2SiO3 + H2O + 2HCl → Si (OH)4(ac) + 2NaCl (ac)

3.- Describa 3 usos de la silica.

Gel de sílice de uso en contenedor

El gel de sílice de uso en contenedor ofrece una solución creando un ambiente seco en el contenedor. Este puede eficientemente controlar la humedad en el contenedor e inhibir la aparición de moho, hongos, oxido y corrosión. Puede incluso mantener el punto rocío de la temperatura por debajo de la temperatura real. El gel de sílice de uso en contenedor es ampliamente usado en diferentes campos, especialmente en el transporte de mercancías por mar, las cuales necesitan ser protegidas de los daños producidos por la humedad, tales como los aparatos electrónicos y maquinarias, textiles y productos de cuero, granos, comida enlatada, alimentos para mascotas y materiales químicos.4

El uso en carcasas de cámaras submarinas

Una forma muy usada para el mantenimiento de un equipo submarino es mediante el uso de silica gel. Este producto químico, inoloro, no tóxico, absorbe la humedad creando ambientes libres ideales para nuestra cámara. Cuando no uses el equipo por mucho tiempo es recomendable guardarlo junto a este producto que mantiene el aire libre de humedad. A largo plazo, la humedad podría dañar la cámara, oxidando componentes o creando hongos en los lentes.

El uso como indicador

El gel de sílice con indicador de color naranja se utiliza principalmente para el secado agrícola e indicar el grado de secado o mantener alejada la humedad en aires secos, , farmacéuticos, instrumentos de precisión, industria petroquímica, industria del dulce, alimentos, vestuario, piel, aparatos domésticos, embalajes, aparatos electrónicos, comestibles, armas, zapatos, secado de flores, armarios, instrumentos musicales, transformadores o en cualquier otra aplicación donde se requiera tener controlada la indicación de saturación. 100% libre de cloruro de cobalto y es fácilmente reconocible cundo se satura ya que se presenta en un contraste verde contra una color naranja ámbar cuando esta sin saturar. Cuando esta verde hay que cambiarse. Es una alternativa para secar el aire de los transformadores eléctricos contra la Silica gel con indicador azul. No es inflamable ni químicamente activa, cero toxicidades y no contienen metales pesados. Esta libre de toda contaminación.5

4.- ¿Qué colorante le agregan a la silica gel de color naranja y morada?

Los colorantes de la silica gel de color anaranjado, azul,

SILICA GEL AZUL:

Silica Gel azul semitransparente sustancia cristalina que contiene un indicador como "cloruro de cobalto", una sal de metal pesado. En ausencia de humedad de los gránulos o perlas son de color azul oscuro en color. Como las perlas absorben humedad, se convierte en luz azul y poco a poco se vuelven de color rosa (9), Cuando el gel ha absorbido aproximadamente el 8% por ciento de su peso en agua, los cristales de color cambiarán de azul a rosa haciendo un indicador visual fácil de si el gel se ha saturado con humedad. Se indica que el gel necesita ser remplazado o regenerado. El gel de sílice que indica todavía se absorbe 40% de su peso en el vapor de agua como la no indica De hecho, se utiliza principalmente como indicador del grado de deshumidificación y la absorción de humedad en un recipiente cerrado herméticamente. Silica Gel azul es también conocida como una indicación de gel de sílice, mediante un indicador Silica Gel, Desecantes azul, aparato de absorción de humedad.

El compuesto azul inerte es el CoCl2 (9)

SILICAGEL NARANJA:

El gel de sílice con indicador de saturación color naranja en esferas de 3 a 5 mm. Su principal componente es dióxido de silicio (gel de sílice) y su color cambia por que contiene violeta de genciana [(CH3)2NC6H4]2C:C6H4: N (CH3)2Cl (8) con respecto a la saturación que tenga de humedad relativa. La violeta de genciana es completamente inocua y no produce ningún daño a la salud. Este es un productos absorbente que tiene la mayor capacidad de absorción de si tipo y a pesar de su nombre “gel” es un sólido completamente duro. Tiene una porosidad de hasta 800 m²/gramo, es por esto que es el producto más utilizado para absorber agua, o mejor dicho para absorber la humedad relativa en espacios cerrados, absorbiendo o hasta un 40% de su peso en humedad.

BIBLIOGRAFÍA:1.- Hack Lange. Ficha de datos de seguridad. Disponible en: http://www.hach-lange.es/shop/action_q/download%3Bmsds/msds_document/es%252F5188906%252Epdf/lkz/ES/spkz/es/TOKEN/UI4iQ6Ty5iAcD9eeU6EtiqjQOuI/M/3hYDHQ

2.- Quiminet.com. ¿Qué es la silica gel? 2006. Disponible en: http://www.quiminet.com/articulos/que-es-la-silica-gel-6215.htm

3.- SBM- Mining and construction machinery. Planta de producción del silicato de sodio. Disponible en: www.chancadora.com.pe/application/application/2011-01-22/85.html

4.- SINCHEM. Gel de silica básica. Disponible en: http://www.chinasilicagel.es/3-6-container-use-silica-gel.html

5.- Sílica gel. Desencadenantes industriales del norte. México. 2007. Disponible en: http://www.silicagel.com.mx/gel_de_silice_indicador_saturacion_naranja.aspx

6.- Cromatografía, aspectos generales. Francia. 2008. Disponible en: http://www.farm.ucl.ac.be/tpao/tpintegres/HPLC/documents/chapitre3.pdf

7.- Química orgánica experimental. Página 106. H. Dupont Durst, George W. Gokel

8.- Análisis químico. Página 496. Herbert A. Laitinen, Walter E. Harris

9.- Experimentos de Química Orgánica. Anderson Guarnizo Franco, Pedro Nel Martínez Yepes. Ediciones Elizcom. Colombia. Página 104.

10.- Química, Volumen 2. Ronald J. Gillespie,Aurelio Beltrán. Editorial Reverté. España. 1990. Página 970.

11.- Técnica y síntesis en química inorgánica. Robert J. Angelic. Editorial Reverté. España.1979.Página185.