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日常生活中的干燥剂

2022-07-22薛斌

百科知识 2022年14期
关键词:中空玻璃干燥剂氯化钙

薛斌

水是生命之源。然而,凡事过犹不及,如果空气中含有的水汽过多,也就是湿度较大时,就不一定是好事了,不但会引起人们体感的不适,而且会对环境中物品的品质或性能产生不利影响。

那该怎么破解呢?最简单的办法是吸收掉多余的水分。这时候,干燥剂就可以大显身手。下面,为大家介绍几类日常生活中常见的干燥剂。

药品中的有效化学成分是治疗疾病的关键,适宜的温度和湿度则是让这些化学成分保持自身稳定性的重要条件。因此,药品说明中都要求将药品保存在阴凉干燥处。此外,我们还会在有些药瓶里发现一些袋装或者塑料小瓶装的干燥剂,上面标着“不可食用”等字样。

这些干燥剂的成分是什么呢?据文献报道,目前国内85%以上的药用干燥剂为硅胶干燥剂。

这里所说的硅胶又是什么物质呢?这要从硅元素说起。硅在化学元素周期表上是第14号元素,符号为Si。它是地壳中含量居于第二的元素,也就是说,硅是石头的主要构成元素。硅的氧化物是大家熟知的二氧化硅(SiO2),二氧化硅通常可分为结晶型和无定形两大类。结构单元排列整齐的是结晶型二氧化硅,其典型代表是水晶;结构单元排列无序的是无定形二氧化硅,其典型代表就是硅胶。要注意,我们这里所说的“硅膠”可不是硅橡胶,尽管在很多时候,硅橡胶也被简称为“硅胶”。

之所以把无定形的二氧化硅称作“硅胶”,大概是因为它的前世—硅酸的形态而得名。硅酸是由含硅的物质(硅酸盐)在酸性水溶液中反应(水解)所得到的类似果冻的凝胶状物质;经过干燥之后,就得到了硅胶。硅胶一般是透明的或者为乳白色,常被加工成球形颗粒。

硅胶具有通畅开放的孔道结构和巨大的比表面积。通常情况下,每克硅胶的孔道表面积可达几百平方米。这些结构特征决定了硅胶具有强烈的吸附水分子的特性,其吸水量可达自身重量的50%;因此,硅胶可以用作干燥剂。硅胶的化学性质稳定,无毒、无味、无腐蚀性,是美国食品药品监督管理局(FDA)唯一批准的可直接与药品、食品接触的干燥剂。此外,硅胶也常用于仪器、仪表、电子设备、诊断试剂盒等的干燥保养。

如果你打开装有药品干燥剂的小包,就能看到硅胶干燥剂的真容。需要说明的是,虽然硅胶干燥剂比较安全,但千万不要把它放进嘴里,最好也不要让它跟水直接接触,因为它可能会因突然大量吸水而发生爆裂。

另外,在化学实验室,研究人员还经常使用一种有着漂亮颜色的“变色硅胶”作为干燥剂。之所以选择“变色硅胶”作为干燥剂,可不是因为它模样可爱,而是因为它会变色。所谓变色硅胶,是在普通硅胶里加入含钴的化合物。这种硅胶在干燥状态时呈蓝色,一旦吸收了水分后,会逐渐变为红色,仿佛在说:“我喝饱了水!”如此,能够直观提示使用者:硅胶干燥剂已失效,需要更换。更神奇的是,“变色硅胶”能够反复使用,只要将失效的“变色硅胶”加热干燥,它就可以恢复原本的蓝色,继续执行干燥任务。

坚果、炒货、干货、膨化食品等脆性食品需要控制其包装内的湿度,以保持食品口感、防止霉变、延长保质期,我们喜欢吃的蒜香花生、雪米饼、饼干、海苔都属于这种情况。对这类食品,干燥剂也是必不可少的。除了可以选择前面介绍的硅胶之外,在某些情况下还可以选择更为便宜的生石灰作为食品干燥剂。笔者就曾经买到过一大罐海苔,沉甸甸的,吃完后才发现,罐子底部“藏着”一大包生石灰干燥剂。

生石灰是一种白色粉末状物质,来源广泛、价格低廉,可由石灰石(即碳酸钙,CaCO3)煅烧产生,其化学成分为氧化钙(CaO)。之所以将其称为生石灰,是因为氧化钙与水接触后,会发生剧烈的放热反应。这种反应会剧烈到什么程度呢?就好像水烧开了一样。生石灰发生放热反应后的产物就是俗名熟石灰的氢氧化钙(Ca (OH )2)。由此看来,氧化钙被称为生石灰恰如其分。

生石灰非常容易与水发生化学反应的这种特性决定了它可以被用作干燥剂,其吸水量可占自身重量的30%以上。有些人担心用生石灰作为干燥剂可能产生剧烈的化学反应,对人体存在安全隐患。其实,这种担心是多余的。通常情况下,作为食品干燥剂的生石灰经过严格包装,即使吸收了少量水分(潮气)后,也不会发生剧烈反应。当然,在此也要提醒大家,为确保安全,不要把整包的生石灰干燥剂拆开,更不要将其投入水中。

国际贸易中,大宗商品进出口通常采用远洋运输的方式,由于货物在海上漂泊的时间较长,必须考虑防潮问题。如果你看过码头上的集装箱,就会发现,其中常悬挂干燥条带,它们一般以氯化钙(CaCl2)为干燥剂。

作为氧化钙的“亲戚”,氯化钙通常为白色粉末,价格便宜,可以从空气中吸收占自身重量60%~80%的水分,因此是很好的干燥剂。

不过,在大量吸水后,氯化钙会产生液化现象。这是因为氯化钙类似食盐(氯化钠,NaCl),可溶于水,并不太适合作为药品和食品的干燥剂,而在集装箱航海运输这种需要大量干燥剂的场合,氯化钙便可大显身手了。目前,市场上的集装箱用氯化钙干燥剂通常经过高分子改性,其吸水率可达200%~300%;且吸水之后,自身呈凝胶状,既能有效“锁”住水分,又不会溶解,使用起来高效而方便。

当前,在建筑领域,中空玻璃得到越来越多的应用。所谓中空玻璃,通常是将两层或三层玻璃嵌入铝合金边框中,玻璃中间的夹层则充入干燥的空气或者氩气等惰性气体,四周用气密性好的丁基橡胶密封而成,具有良好的隔热、隔音性能。在使用过程中,为了保持中空玻璃内部的干燥状态,铝合金边框的内部还填充有分子筛干燥剂。

什么是分子筛呢?顾名思义,分子筛就是可以分离分子的“筛子”。从化学成分看,分子筛是一种含水的硅铝酸盐,也可以看成三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、水(H2O)以及其他金属氧化物共同形成的复合物。分子筛又被称为沸石。自然界中存在天然沸石,它们是由火山喷发等地质活动形成的。受此启发,研究者模拟火山喷发的高温、高压条件,人工合成了分子筛。这种合成分子筛的方法被称为“水热法”,就好比在一口高压锅中熬粥一样。

分子筛犹如蜂窝,由笼状的基本结构单元构成。这些“笼”具有特定的孔道和孔穴,从而实现对不同尺寸分子的筛分:允许直径小于其孔道尺寸的分子进入,并通过吸附作用将其“抓牢”;而直径较大的分子则不能进入分子筛的孔道。这种特性使得分子筛在气体分离、石油炼制、水分干燥等领域具有广泛用途。

了解了分子筛,我们再来看看中空玻璃中使用的分子筛。中空玻璃内通常使用3A分子筛,也就是直径为0.3纳米的分子筛。这种尺寸的分子筛可以吸收水分子,但不会吸收玻璃夹层中的其他气体分子,从而能够使中空玻璃内部始终保持干燥状态,防止玻璃起雾。这样一来,在其使用寿命期(通常是15年)内,中空玻璃的性能可以一直保持稳定。

日常生活中,除了我们上面介绍的这些典型的干燥剂之外,还有蒙脱石等矿物干燥剂、吸水树脂等高分子干燥剂以及复合干燥剂、新材料干燥剂等,它们的干燥原理和应用范围与上述干燥剂类似,就不一一详述了。

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