সিলিকা জেল

সিলিকা জেল সিলিকন ডাই অক্সাইডের (SiO₂) একটি নিরাকার এবং ছিদ্রযুক্ত রূপ, যেখানে ন্যানোমিটার স্কেলের শূন্যতা এবং ছিদ্র থাকে। এটি সিলিকন এবং অক্সিজেন পরমাণুর একটি অনিয়মিত ত্রিমাত্রিক কাঠামো তৈরি করে। এই শূন্যস্থানগুলিতে জল বা অন্যান্য তরল থাকতে পারে, অথবা গ্যাস বা ভ্যাকুয়াম দ্বারা পূর্ণ থাকতে পারে। যখন শূন্যস্থানগুলি ভ্যাকুয়াম দ্বারা পূর্ণ হয়, তখন উপাদানটিকে সঠিকভাবে সিলিকা জেরোজেল বলা হয়।
২.৪ ন্যানোমিটার গড় ছিদ্রযুক্ত সিলিকা জেরোজেল জলের অণুর সাথে একটি শক্তিশালী সখ্যতা রাখে, যা এটিকে একটি কার্যকর ডেসিক্যান্ট হিসেবে জনপ্রিয় করেছে। এটি শক্ত এবং স্বচ্ছ, তবে বড় সিলিকা গ্লাস বা কোয়ার্টজের তুলনায় বেশ নরম। সিলিকা জেল পানিতে সম্পূর্ণরূপে পরিপূর্ণ হলেও এটি শক্ত থাকে, যা এর ডেসিক্যান্ট হিসেবে ব্যবহারের ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য।
সিলিকা জেরোজেল সাধারণত কয়েক মিলিমিটার ব্যাসের মোটা দানা বা পুঁতির আকারে বাণিজ্যিকভাবে উৎপাদিত হয়। কিছু শস্যে সামান্য সূচক পদার্থ যোগ করা হয় যা জল শোষণ করার পর রঙ পরিবর্তন করে, আর্দ্রতার উপস্থিতি শনাক্ত করতে সাহায্য করে। সিলিকা জেরোজেল পেলেট ধারণকারী ছোট কাগজের খাম, যেগুলোর উপর সাধারণত "খাবেন না" সতর্কতা থাকে, প্রায়ই শুকনো খাবারের প্যাকেজে রাখা হয়। এগুলো খাবারের আশেপাশে থাকা আর্দ্রতা শোষণ করে, যা খাবার নষ্ট হওয়ার ঝুঁকি কমায়।
ওয়েট" সিলিকা জেল, যা সাধারণত ক্ষার সিলিকেট দ্রবণ থেকে সদ্য প্রস্তুত করা হয়, এটি একটি নরম স্বচ্ছ জেল আকারে থাকে এবং জিলেটিন বা আগারের মতো একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ অবস্থা অর্জন করতে পারে। এটি শক্ত কঠিন আকার, যেমন জলাবদ্ধ জেরোজেল, তৈরি করতে সক্ষম। সিলিকা জেলের এই রূপটি প্রায়শই পরীক্ষাগারে ব্যবহৃত হয়, উদাহরণস্বরূপ, তরল পদার্থের পরিচলন দমন করতে বা স্থগিত কণার নিষ্পত্তি রোধ করতে।
সিলিকা জেলের অস্তিত্ব প্রথম দিকে বৈজ্ঞানিক কৌতূহল হিসাবে ১৬৪০-এর দশকে জানা যায়। এটি প্রথম বিশ্বযুদ্ধের সময় গ্যাস মাস্কের ক্যানিস্টারে বাষ্প এবং গ্যাস শোষণের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। সিলিকা জেল তৈরির জন্য সিন্থেটিক রুটটি ১৯১৮ সালে জনস হপকিন্স বিশ্ববিদ্যালয়ের রসায়ন অধ্যাপক ওয়াল্টার এ. প্যাট্রিক দ্বারা পেটেন্ট করা হয়েছিল।
সিলিকা অ্যালুমিনা জেল হল হালকা হলুদ, রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল, শিখা-প্রতিরোধী এবং ক্ষার বা হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড ব্যতীত অদ্রবণীয়। এর সুপারফিসিয়াল পোলারিটি এবং তাপীয় স্থায়িত্ব সূক্ষ্ম ছিদ্রযুক্ত সিলিকা জেলের তুলনায় আরও বেশি কার্যকর। স্থিতিশীল সিলিকা জেল একটি অ-ক্রিস্টালাইন মাইক্রো-পোরাস কঠিন পাউডার, যা অ-বিষাক্ত এবং শিখা-প্রতিরোধী। এটি বিয়ারের দানা তৈরিতে ব্যবহৃত হয়, স্বাদ, স্বচ্ছতা, রঙ এবং ফেনা উন্নত করতে এবং অ-অণুজীব অমেধ্য অপসারণে সহায়তা করে।
সিলিকা জেলের উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের এলাকা (প্রায় ৭৫০–৮০০ মি²/গ্রাম) এটিকে সহজেই পানি শোষণ করতে সক্ষম করে, যা এটিকে একটি শোষক (শুকনো করার উপাদান) হিসেবে কার্যকর করে। সিলিকা জেল সাধারণত আর্দ্রতা "শোষণ" করার জন্য বর্ণনা করা হয়, যা সিলিকা জেলের অণুবীক্ষণিক গঠনকে উপেক্ষা করলে যথাযথ মনে হতে পারে, যেমন সিলিকা জেল প্যাক বা অন্যান্য পণ্যে। তবে, সিলিকা জেল মূলত এর অসংখ্য ছিদ্রের পৃষ্ঠে আর্দ্রতা শোষণ করে, গেলের ভেতরে শোষণের মাধ্যমে নয়।
সিলিকা জেল উচ্চ আর্দ্রতা পরিবেশে নিজের ওজনের ৩৭% পর্যন্ত আর্দ্রতা শোষণ করতে সক্ষম। এই আর্দ্রতা 120 °C তাপমাত্রায় দীর্ঘ সময় গরম করলে মুক্ত করা যায়। এর ফলে এটি খুব কম বা কোনো কার্যকারিতা হ্রাস ছাড়াই একাধিকবার পুনঃব্যবহারযোগ্য হয়ে ওঠে।
একবার জল দ্বারা সম্পূর্ণ ভিজে গেলে, জেলটি 120 °C (248 °F) তাপমাত্রায় ১-২ ঘণ্টা গরম করে পুনর্জীবিত করা যায়। কিছু ধরনের সিলিকা জেল যথেষ্ট পরিমাণে পানির সংস্পর্শে আসলে "পপ" করে। এটি পানির সাথে সংযুক্ত হলে সিলিকা বলগুলোর ভেঙে যাওয়ার কারণে ঘটে।
সোডিয়াম সিলিকেটের একটি জলীয় দ্রবণকে অম্লায়িত করলে একটি জেলাতিনাস অবসাদ তৈরি হয়, যা ধোয়া হয় এবং পরে জলীয়তা মুছে ফেলার জন্য শুষ্ক করা হয়, ফলে রঙহীন সিলিকা জেল উৎপন্ন হয়। যখন সিলিকা জেলের আর্দ্রতার বিষয়টি দৃশ্যমানভাবে নির্দেশ করা প্রয়োজন, তখন অ্যামোনিয়াম টেট্রাক্লোরোকোবাল্টেট(II) [(NH₄)₂[CoCl₄]] বা কোবাল্ট(II) ক্লোরাইড (CoCl₂) যোগ করা হয়। এতে জেলটি শুকনো অবস্থায় নীল এবং আর্দ্র হলে গোলাপী হয়ে যায়। কোবাল্ট ক্লোরাইডের সাথে ক্যান্সারের সংযোগ থাকার কারণে এটি ইউরোপে সিলিকা জেলে ব্যবহারের জন্য নিষিদ্ধ করা হয়েছে। একটি বিকল্প সংকেতক হলো মিথাইল ভায়োলেট, যা শুকনো হলে কমলা এবং আর্দ্র হলে সবুজ হয়ে যায়।
আর্দ্রতা অনেক পণ্যে ছাঁচ এবং নষ্ট হওয়ার কারণ হতে পারে। এটি ইলেকট্রনিক্সে ঘনীভবন ঘটিয়ে ক্ষতি করতে পারে এবং ভিটামিনের মতো রাসায়নিকের আয়ুষ্কাল কমাতে পারে। সিলিকা জেল প্যাকেটগুলি আর্দ্রতা শোষণ করে এই পণ্যের আয়ু বাড়াতে সহায়ক। এগুলি এমনকি দুর্ঘটনাবশত ভিজে যাওয়া ইলেকট্রনিক্স শুকনো করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
সিলিকা জেল উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির রেডিও বা স্যাটেলাইট সংক্রমণ ব্যবস্থার ওয়েভগাইডের আপেক্ষিক আর্দ্রতা যতটা সম্ভব কম রাখতে ব্যবহার করা হয়। ওয়েভগাইডে অতিরিক্ত আর্দ্রতা সৃষ্টির ফলে আর্কিং হতে পারে, যা পাওয়ার অ্যাম্প্লিফায়ারকে ক্ষতিগ্রস্ত করে। ওয়েভগাইডে জমে থাকা জলবীজ সংকেতের বৈশিষ্ট্যগত ইম্পিডেন্স এবং ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করে, যা সংকেতের গুণগত মান কমিয়ে দেয়। সাধারণত, একটি ছোট কম্প্রেসড এয়ার সিস্টেম (যেমন একটি ছোট বাড়ির অ্যাকোয়ারিয়াম পাম্প) সিলিকা জেলের একটি জারের ওপর দিয়ে ওয়েভগাইডের ভিতরের বাতাসকে সরবরাহ করতে ব্যবহৃত হয়।
সিলিকা জেল শিল্পিক কম্প্রেসড এয়ার সিস্টেমে বাতাস শুকানোর জন্যও ব্যবহার হয়। কম্প্রেসার ডিসচার্জ থেকে বাতাস সিলিকা জেল বীজের বিছানার মধ্যে প্রবাহিত হয়। সিলিকা জেল বাতাস থেকে আর্দ্রতা শোষণ করে, যা ব্যবহারের স্থানে ঘনীভবন বা আর্দ্রতার কারণে ক্ষতি রোধ করে। একই সিস্টেমটি রেলওয়ে লোকোমোটিভে কম্প্রেসড এয়ার শুকানোর জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে ব্রেক এয়ার পাইপে ঘনীভবন এবং বরফ ব্রেক ব্যর্থতার কারণ হতে পারে।
এয়ার-কন্ডিশনিংয়ের ব্যাপক ব্যবহারের আগে, আমেরিকায় লবণের জন্য সিলিকা জেল বীজযুক্ত ক্যাপের সাথে লবণশঙ্কর বিক্রি করা হতো, যাতে লবণ ক্লাম্পিং থেকে রক্ষা পায়। সিলিকা জেল কখনও কখনও যাদুঘর এবং গ্রন্থাগারের প্রদর্শনী এবং স্টোরেজে আপেক্ষিক আর্দ্রতা নিয়ন্ত্রণের জন্য সংরক্ষণ টুল হিসেবে ব্যবহৃত হয়। অন্যান্য ব্যবহারের মধ্যে রয়েছে ডায়াগনস্টিক টেস্ট স্ট্রিপ, শ্বাসযন্ত্রের ডিভাইস, সিরিঞ্জ, ড্রাগ টেস্ট কিট, এবং হাসপাতালের স্যানিটেশন কিট।
রসায়নে, সিলিকা জেল ক্রোমাটোগ্রাফিতে স্থায়ী পর্যায় হিসেবে ব্যবহৃত হয়। কলাম ক্রোমাটোগ্রাফিতে, স্থায়ী পর্যায় সাধারণত ৪০–৬৩ মাইক্রোমিটার আকারের সিলিকা জেল কণার সমন্বয়ে গঠিত হয়। বিভিন্ন কণার আকার বিভিন্ন ধরনের কলাম ক্রোমাটোগ্রাফির জন্য ব্যবহৃত হয়, কারণ কণার আকার পৃষ্ঠের এলাকা সম্পর্কিত। কণার আকারের পার্থক্য নির্ধারণ করে যে সিলিকা জেল ফ্ল্যাশ বা গ্র্যাভিটি ক্রোমাটোগ্রাফির জন্য ব্যবহার করা হবে কিনা।
এই প্রয়োগে, সিলিকা জেলের মেরুতা কারণে, অ-মেরু উপাদানগুলি সাধারণত অধিক মেরু উপাদানের আগে বের হয়, এজন্য এটি "নর্মাল ফেজ ক্রোমাটোগ্রাফি" নামে পরিচিত। তবে, যদি সিলিকা জেলে হাইড্রোফোবিক গ্রুপ (যেমন C18 গ্রুপ) যুক্ত করা হয়, তাহলে মেরু উপাদানগুলি আগে বের হয় এবং এটি "রিভার্স ফেজ ক্রোমাটোগ্রাফি" নামে পরিচিত। সিলিকা জেল এছাড়াও অ্যালুমিনিয়াম, কাঁচ বা প্লাস্টিকের শীটে পাতলা স্তর ক্রোমাটোগ্রাফির জন্য প্রয়োগ করা হয়।
সিলিকার পৃষ্ঠে হাইড্রক্সি (OH) গ্রুপগুলি কার্যকরীভাবে পরিবর্তিত করা যায়, ফলে বিশেষ সিলিকা জেল উৎপন্ন হয় যা অনন্য স্থায়ী পর্যায়ের প্যারামিটার প্রদর্শন করে। এই জাতীয় কার্যকরী সিলিকা জেলগুলি জৈব সংশ্লেষণ এবং পরিশোধনে অদ্রব্যময় রিএজেন্ট এবং স্ক্যাভেঞ্জার হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
ক্লেটিং গ্রুপগুলি সিলিকা জেলে কোভালেন্টভাবে যুক্ত করা হয়েছে। এই উপাদানগুলি জলীয় দ্রবণ থেকে নির্বাচনীভাবে ধাতব আয়নাগুলি সরিয়ে নিতে সক্ষম। ক্লেটিং গ্রুপগুলি সিলিকা জেলের পৃষ্ঠে গ্রাফট করা পলিআমাইনগুলির সাথে যুক্ত হয়ে একটি শক্তিশালী উপাদান তৈরি করে। সিলিকা জেল এছাড়াও ক্ষার ধাতুগুলির সাথে মিলিত হয়ে M-SG রিডিউসিং এজেন্ট তৈরি করে (দেখুন SiGNa রসায়ন)। সিলিকা জেল জল বা মাটিতে জীববিজ্ঞানগতভাবে ভেঙে যাওয়ার সম্ভাবনা নেই।