乾燥劑是指能除去潮溼物質中水分的物質,也稱吸附劑,化學吸附是其中一種常見的吸附方式,化學吸附乾燥劑是通過化學方式吸收水分子並改變其化學結構,使其變成另一種物質的試劑。
乾燥劑是什麼
乾燥劑是一種從大氣中吸收潮氣的除水劑,它的乾燥原理就是通過物理方式將水分子吸附在自身的結構中或通過化學方式吸收水分子並改變其化學結構,變成另外一種物質。
乾燥劑也叫吸附劑,是用在防潮,防黴方面,起乾燥作用,是一種從大氣中吸收潮氣的除水劑,它的乾燥原理就是通過物理方式將水分子吸附在自身的結構中或通過化學方式吸收水分子並改變其化學結構,變成另外一種物質。
日常生活中常用的乾燥劑可分為,①酸性乾燥劑:濃硫酸,五氧化二磷,可以乾燥中性或酸性氣體:②鹼性乾燥劑:鹼石灰,氧化鈣,固體氨氧化鈉,金屬鈉可以乾燥中性或鹼性氣體;③中性乾燥劑:氯化鈣,矽膠,無水硝酸鎂可以乾燥中性、鹼性或酸性氣體。
乾燥劑成分
矽膠乾燥劑:
矽膠分無機矽膠和有機矽膠,有棚矽膠屬於合成橡膠中特種橡膠,其根據形態分為固態和液態,液態按硫化溫度又分為室溫硫化型和高溫硫化型;無機矽膠的主要成份是二氧化矽,是一種由矽土中的矽酸鈉與硫磺酸製成的無定形的機器製成品。它由自然界中存在的礦物經洗滌、加工後成為粒狀或珠狀,它的結構非常像—個海綿體,由互相連通的小孔構成—個有巨大的表面積的毛細孔吸附系統,能吸附和保存水氣。在溼度為100%條件下,它能吸附並凝結相當於其自重40%的水氣。
矽膠乾燥劑的主要成分是二氧化矽,是一種高活性吸附材料,由天然礦物經過提純加工而成粒狀或珠狀。作為乾燥劑,矽膠的平均氣孔尺寸為24埃(長度單位),它即使在溫度大於105℃時仍能吸收潮氣,但當溫度大於38℃後,它的吸溼速度開始下降,它的最佳吸溼狀態在21℃-32℃,即使相對溼度較高60%-90%時,也能使容器內的相對溼度維持在40%。
矽膠對包材的選擇範圍很廣,一般有OPP/PE、PET/PE薄膜、無紡布、複合紙等。矽膠屬非晶態物質,其化學分子式為mSiO2·nH2O。不溶於水和任何溶劑,無毒無味,化學性質穩定,除強鹼、氫氟酸外不與任何物質發生反應。
矽膠的化學組份和物理結構,決定了它具有許多其它同類材料難以取代的特點:吸剛生能高、熱穩定性好、化學性質穩定、有較高的機械強度等。
其他乾燥劑:
粘土乾燥劑(蒙脫石)的外觀形狀為灰色小球,最適宜在50℃以下的環境中吸溼。當溫度高於50℃,粘土的「放水「程度便大於「吸水」程度;
分子篩乾燥劑是人工合成目對水分子有較強吸附性的乾燥劑產品。分子篩的孔徑大小可通過加工工藝的不同來控制,除了吸附水氣,它還可以吸附其它氣體。在230℃以上的高溫隋況下,仍能很好的容納水分子;
礦物乾燥劑是由數種天然礦物組成,外觀為灰白色小球。它無毒無害,是可降解的環保型乾燥劑。吸溼率達50%以上;
纖維乾燥劑是由純天然植物纖維經特殊工藝精緻而成。其中尤其是覆膜纖維乾燥劑片,便實用,不佔用空間。它的吸溼能力達到100%的la身重量,是普通乾燥劑所無法比擬的。
乾燥劑的作用及其分類
乾燥劑常用於防溼包裝,比如照相機及感光材料、精密儀器/電器、食品、藥品、鞋、衣服、皮革、武器、電訊器材等;也可以用於空氣脫溼,如家庭內壁櫥、柜子、地板、樂器等;可以用在空氣乾燥方面,比如倉庫、製藥廠、精密機械、電子器材製造廠、壓縮空氣、儀表空氣乾燥。
另外,活性礦物乾燥劑被廣泛應用於不能採用油封、氣相封存的產品中,諸如:光學儀器、電子產品、醫學保健、食品包裝及軍工產品和民用產品的乾燥空氣封存。化學分子式是Al2O34SiO2·nH2O。
乾燥劑分為以下幾類:
由天然礦物經過提純加工而成粒狀或珠狀的矽膠乾燥劑;
外觀形狀為灰色小球,最適宜在50℃以下的環境中吸溼粘土乾燥劑;
人工合成目對水分子有較強吸附性的分子篩乾燥劑;
由數種天然礦物組成,外觀為灰白色小球的礦物乾燥劑;
由植物纖維組成,有較好的嚦顯效果,應用範圍較為廣泛的纖維乾燥劑要由氯化鈣及其他一些天然植物材料經特殊工藝精緻而成,安全方便實用又不佔用空間氯化鈣乾燥劑。
乾燥劑選擇原則
不同乾燥劑的乾燥對象不同,需根據被乾燥物質的性質選擇合適的乾燥劑。選擇時既要考慮所選乾燥劑不能與被乾燥物質發生反應,又要注意乾燥過程中不能引入新物質。
(一)乾燥劑的性質
當我們僅從物質酸鹼性的角度分析時,考慮到酸性物質與鹼性物質相遇會發生中和反應,可得結論:
酸性乾燥劑不能幹燥鹼性氣體,可乾燥酸性和中性氣體;
鹼性乾燥劑不能幹燥酸性氣體,可乾燥鹼性和中性氣體;
中性乾燥劑一般可乾燥各種氣體。
但物質除了具有酸鹼性之外,可能還具有氧化還原性,即有還原性的物質不能選有氧化性的乾燥劑,因乾燥劑與被乾燥物質可發生氧化還原反應,同理,若物質有絡合性或加合性等性質,易生成絡合物或加合物,也不宜用於乾燥。
(二)常見乾燥劑適合乾燥的物質
1、總體來說:
酸性乾燥劑可乾燥CO2、SO2、HCl、Cl2、O2、CH4、H2等。
鹼性乾燥劑可乾燥NH3、H2、O2、CH4等。
中性乾燥劑可乾燥O2、CH4、N2等。
2、具體介紹各乾燥劑的性質和應用:
濃硫酸:有強烈的吸水性,可乾燥N2、O2、H2、CH4、CO等中性氣體和CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等非還原性的酸性氣體,因其酸性故不能用來乾燥NH3等鹼性氣體,又因其強氧化性故不能幹燥H2S、HBr、HI、C2H4(烯烴)等還原性氣體。
五氧化二磷:白色粉末,有「實驗室最強的脫水劑」之說,可用來乾燥O2、H2、N2、CO、CH4等中性氣體和CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等酸性氣體。
矽膠:化學性質穩定,不溶於水和任何溶劑,內部為極細的毛孔網狀結構,對水有強烈的吸附作用,可做袋裝食品的乾燥劑,也常用來保持儀器的乾燥,可乾燥O2、N2、NH3等。
鹼石灰和固體氫氧化鈉:吸水快、是極佳的乾燥劑,常用來乾燥N2、O2、H2、CH4、CO等中性氣體和NH3等鹼性氣體,不可乾燥Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等酸性氣體。
生石灰:白色固體,鹼性氧化物,可用來乾燥中性和鹼性氣體。
無水氯化鈣:白色多孔固體,乾燥能力強,一般用以填充乾燥器,可乾燥多種藥品和N2、O2、H2、CH4、CO、CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等大多數氣體,不能用來乾燥氨、酒精、胺、醯、酮、醛、酯等。
無水硫酸鎂:吸水作用迅速,乾燥能力強,常用來乾燥有機試劑。
硫酸鈣:可乾燥H2、O2、CO2、CO、N2、Cl、HCl、H2S、NH3、CH4等。
活性氧化鋁:吸水量大,乾燥速度快。
無水硫酸銅:具有一定的乾燥性,吸水程度較小,一般用來檢驗水的存在,吸水後變藍,不用來做乾燥劑。
(三)常見物質適用的乾燥劑
H2:CaCl2、H2SO4(濃)、CaO、P2O5、MgSO4、CaSO4
O2:CaCl2、H2SO4(濃)、P2O5、MgSO4、CaSO4
N2:P2O5、CaCl2、H2SO4(濃)、MgSO4、CaSO4
O3:P2O5、CaCl2
Cl2:CaCl2、H2SO4(濃)
CO:H2SO4(濃)、CaCl2、P2O5、MgSO4、CaSO4
CO2:H2SO4(濃)、CaCl2、P2O5、MgSO4、CaSO4
SO2:H2SO4(濃)、P2O5、CaCl2、MgSO4、CaSO4
CH4:P2O5、CaCl2、H2SO4(濃)、MgSO4、CaSO4、NaOH、Na、CaH2
NH3:鹼石灰、CaO、KOH、Mg(ClO4)2、NaOH、MgSO4、CaSO4
HCl:CaCl2、H2SO4(濃)、ZnCl2
HBr:CaBr2、ZnBr2
HI:CaCl2
H2S:CaCl2、P2O5
C2H4:P2O5
C2H2:P2O5、NaOH
NO:Ca(NO3)2、CaCl2、H2SO4(濃)、鹼石灰、P2O5
酸性溶液:P2O5、MgSO4、CaSO4、矽膠
鹼性溶液:NaOH、KOH、BaO、MgSO4、CaSO4
(四)乾燥的特殊實例
1、乾燥過程不能引入其他雜質
例:用Na2O2乾燥N2時發生反應
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2,該過程雖除去了水蒸氣,卻也引入了雜質O2,故不能用Na2O2乾燥N2。
2、乾燥過程不應發生酸鹼中和反應
例:不能用濃硫酸乾燥氨水,因兩者發生反應:2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
不能用五氧化二磷乾燥氨水,因:
P2O5+H2O=2HPO3、
2HPO3+2H2O=2H3PO4、
3NH3+H3PO4=(NH4)3PO4
不能用鹼石灰乾燥硫化氫氣體,因兩者發生中和反應:H2S+2NaOH=Na2S+2H2O
3、不選用可與被乾燥物質發生氧化還原反應的乾燥劑
例:不能用濃硫酸乾燥H2S、HBr、HI等強還原性的酸性氣體,因為兩者會發生氧化還原反應,如:
H2S+H2SO4=2H2O+SO2+S↓
4、不選用可與被乾燥物質發生絡合或加合反應的乾燥劑
例:不能用無水硫酸銅乾燥NH3,兩者會反應生成絡合物:CuSO4+4NH3=[Cu(NH3)4]SO4
不能用無水CaCl2乾燥NH3,兩者會反應生成加合物:CaCl2+8NH3=CaCl2·8NH3
5、不選用可與被乾燥物質發生沉澱反應的乾燥劑
例:不能用無水硫酸銅乾燥H2S氣體,因兩者反應生成沉澱:CuSO4+H2S=H2SO4+CuS↓
6、濃硫酸能幹燥還原性氣體SO2
SO2不能被濃硫酸氧化,SO2中S顯+4價,濃硫酸中S顯+6價,同種元素的不同價態之間若發生氧化還原反應,遵循歸中而不交叉,而SO2與濃硫酸之間沒有中間價態,故不發生歸中反應。
7、濃硫酸能幹燥還原性氣體CO和H2
CO雖有較強的還原性,但它是等電子體,結構很穩定,難以被濃硫酸氧化;H2隻有在高溫時才能體現出還原性,常溫下很穩定,可用濃硫酸乾燥。
由以上部分實例可看出氨水只能用鹼性乾燥劑乾燥。