Środki suszące

Środki suszące – higroskopijne substancje stosowane głównie w laboratoriach w celu usuwania wilgoci z materiałów. Środki suszące używane w rolnictwie nazywa się desykantami.

Związki te oddziałują chemicznie lub fizycznie z wodą tworząc stan równowagi:

woda + środek suszący ⇌ [środek suszący + woda związana]

Stężenie lub ciśnienie wolnej wody po lewej stronie tego równania reprezentuje najmniejszą możliwą do uzyskania zawartość wody w warunkach równowagi ze środkiem suszącym. Uzyskanie zawartości wody resztkowej równej zeru jest z zasady niemożliwe. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej nad środkiem suszącym jest miarą jego efektywności. Ciśnienie to określa się, podając ilość wody w danej objętości (mg/l). Niskie ciśnienie cząstkowe – związane z resztkową zawartością wody – wskazuje na wysoką efektywność środka suszącego.

Szybkość suszenia

Szybkość wchłaniania określają następujące czynniki:

• szybkość dyfuzji cząsteczek wody z suszonego materiału
• szybkość przemieszczania się cząsteczek wody do środka suszącego
• zdolność cząsteczek wody do dyfundowania do centrów reakcji w środku suszącym.

Pojemność

Pojemność środka suszącego określa się jako masę wody zaabsorbowanej przez 100 g substancji bezwodnej. Przykład: 1 kg środka suszącego o pojemności 20% może zaabsorbować 200 g wody.

Regeneracja

Szereg środków suszących można regenerować poprzez:

• ogrzewanie, podczas którego równowaga

woda + środek suszący ⇌ [środek suszący + woda]

jest przesunięta w lewo

• zmianę stanu równowagi wolnej wody w stanie gazowym, a tym samym i środka suszącego, przez pompowanie lub przepuszczanie suchego gazu przez układ.

Do regenerowalnych środków suszących należy sita molekularne i żel krzemionkowy, natomiast środki suszące reagujące chemicznie z wodą nie nadają się do regeneracji (np. pięciotlenek fosforu i wodorki metali).

Metody suszenia

Niewrażliwe na ciepło substancje stałe można suszyć w wysokich temperaturach w suszarce. Zastosowanie obniżonego ciśnienia zwiększa szybkość suszenia i umożliwia obniżenie temperatury.

Suszenie statyczne

Suszenie toluenu przez ogrzewanie z sodem i benzofenonem.

W klasycznej metodzie suszenia cieczy, do cieczy dodaje się środek suszący, a następnie całość pozostawia się do odstania, miesza się (na przykład mieszadłem mechanicznym), wytrząsa lub gotuje pod chłodnicą zwrotną. ważne jest, aby ciecz była poruszana w sposób zapewniający kontakt ze środkiem suszącym. Na zakończenie procesu ciecz przesącza się, dekantuje lub destyluje.

Suszenie dynamiczne

W celu zwiększenia szybkości suszenia i poprawy stopnia wykorzystania środka suszącego, ciecze i gazy można przepuszczać przez kolumny lub rury suszące wypełnione środkiem suszącym. Stosowane środki suszące nie powinny ulegać zbrylaniu lub rozpływać się.

Przykłady środków suszących

• substancje reagujące z wodą, np. dekatlenek tetrafosforu, P₄O₁₀, glinowodorek litu, Li(AlH₄), wodorek wapnia (CaH₂), reaktywne metale (sód, potas, magnez)
• bezwodne sole ulegające uwodnieniu, np. nadchloran magnezu (Mg(ClO₄)₂), siarczan magnezu (MgSO₄), siarczan miedzi(II) (CuSO₄), węglan potasu K₂CO₃, siarczan sodu (Na₂SO₄)
• bezwodny lub stężony (98-96%) kwas siarkowy H₂SO₄
• tlenki absorbujące wodę, np. tlenek glinu (Al₂O₃), tlenek magnezu (MgO), żel krzemionkowy
• sita molekularne

Bibliografia

• broszura "Środki suszące", Merck Sp. z o.o.