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シリカゲルは、二酸化ケイ素（シリカ）の非晶質で多孔質な形態であり、ケイ素原子と酸素原子が交互に並んだ不規則な三次元構造を持ち、ナノメートルスケールの空隙や細孔が存在する。これらの空隙には水やその他の液体が含まれている場合もあれば、気体や真空で満たされている場合もある。後者の場合、この物質はシリカキセロゲルと呼ばれる。
平均細孔径2.4ナノメートルのシリカキセロゲルは、水分子との親和性が高く、乾燥剤として広く用いられている。硬くて半透明だが、石英ガラスや石英よりもかなり柔らかく、水で飽和しても硬さを保つ。
シリカキセロゲルは通常、直径数ミリメートルの粗い顆粒またはビーズ状で市販されています。一部の顆粒には、水分を吸収すると色が変わる指示物質が少量含まれている場合があります。シリカキセロゲルのペレットが入った小さな紙袋（通常は「食べないでください」という注意書き付き）は、食品の腐敗の原因となる湿気を吸収するために、乾燥食品のパッケージによく同梱されています。
アルカリケイ酸塩溶液から新たに調製される「湿潤」シリカゲルは、ゼラチンや寒天に似た柔らかい透明ゲルから、水浸しのキセロゲルと呼ばれる硬い固体まで、その粘稠度が変化する。これは、例えば液体の対流を抑制したり、懸濁粒子の沈降を防いだりするために、実験室プロセスで使用されることがある。 [ 4 ]
シリカゲルは、1640年代にはすでに科学的な好奇心の対象として存在していました。[ 5 ]第一次世界大戦では、ガスマスクの容器内の蒸気やガスの吸着に使用されました。シリカゲルの合成方法は、1918年にジョンズ・ホプキンス大学の化学教授ウォルター・A・パトリックによって特許が取得されました。
シリカアルミナゲル ― 淡黄色、化学的に安定、難燃性、アルカリまたはフッ化水素酸以外には不溶。表面極性、熱安定性、微細孔シリカゲルよりも優れた性能を有する。
安定化シリカゲル - 非結晶性の微多孔性固体粉末で、無毒、難燃性があり、ビール醸造用の穀物において、味、透明度、色、泡立ちを改善し、非微生物不純物を除去するために使用されます。
シリカゲルは比表面積が約750～800 m 2 /g (230,000～240,000 sq ft/oz) [ 6 ]と非常に大きいため、水分を容易に吸収し、乾燥剤として有用です。シリカゲルはしばしば水分を「吸収する」と表現されますが、シリカゲルパックなどの製品のように、ゲルの微細構造を無視すれば、この表現は適切かもしれません。しかし、シリカゲルは、ゲルの内部に吸収されるのではなく、多数の細孔の表面に吸着することで水分を除去します。
シリカゲルは、高湿度環境では自重の最大37%の水分を吸収することができます。[ 7 ]この水分は、約120 ℃（248 °F）[ 8 ] [ 7 ]で1～2時間加熱すると放出されます。 [ 7 ]これにより、効率の低下がほとんど、あるいは全くなく、複数回再利用できます。[ 7 ]
ケイ酸ナトリウム水溶液を酸性化してゲル状の沈殿物を生成し、これを洗浄して脱水すると無色のシリカゲルが得られる。[ 6 ]： 345シリカゲルの水分含有量を視覚的に確認する必要がある場合は、テトラクロロコバルト酸アンモニウム(II)(NH4 ) 2 [ CoCl4 ]または塩化コバルト(II) CoCl2を添加する。[ 6 ]： 345これにより、ゲルは乾燥時は青色、水和時はピンク色になる。[ 6 ]： 345塩化コバルトと癌との関連性から、ヨーロッパではシリカゲルへの使用が禁止されている。[ 9 ]代替の指示薬としてメチルバイオレットがあり、これは乾燥時はオレンジ色、水和時は緑色になる。
湿気は多くの物にカビや腐敗を引き起こす可能性があります。[ 10 ] [ 11 ]また、結露を引き起こして電子機器を損傷したり、ビタミンなどの化学物質の寿命を縮めたりすることもあります。シリカゲルパックは湿気を吸収し、これらの物の寿命を延ばすのに役立ちます。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
シリカゲルは、高周波無線または衛星伝送システムの導波管内の相対湿度をできるだけ低く保つためにも使用できます（湿度緩衝も参照）。[ 15 ]導波管内に過剰な水分が蓄積すると、導波管自体の中でアーク放電が発生し、導波管に電力を供給するパワーアンプが損傷する可能性があります。また、導波管内で形成および凝縮する水滴は、特性インピーダンスと周波数を変化させ、信号を劣化させます。小型の圧縮空気システム（小型の家庭用水槽ポンプに類似）を使用して、導波管内の空気をシリカゲルの入った瓶の上に循環させるのが一般的です。
シリカゲルは、工業用圧縮空気システムにおける空気の乾燥にも使用されます。コンプレッサーの吐出空気は、シリカゲルビーズの層を通過します。シリカゲルは空気中の水分を吸着し、結露や湿気による圧縮空気の使用箇所での損傷を防ぎます。同様のシステムは、鉄道機関車の圧縮空気の乾燥にも使用されています。機関車では、ブレーキ用空気管内の結露や氷結がブレーキ故障の原因となることがあるためです。
エアコンが広く普及する以前は、塩が固まらないようにシリカゲルビーズが入った蓋付きの塩入れが米国で販売されており、塩入れに少量の米粒を入れて同じ効果を得ていた慣習に取って代わった。
シリカゲルは、博物館や図書館の展示や保管において、相対湿度を制御するための保存手段として用いられることがある。
その他の用途としては、診断用検査ストリップ、吸入器、注射器、薬物検査キット、病院用衛生キットなどが挙げられる。
シリカゲルは、水に濡れてしまった携帯電話や電子機器から水分を取り除く方法としてよく知られていますが、その実際の効果を、単に空気や扇風機にさらす場合と比較した対照研究は知られていません。また、一般の人がすぐに使える活性化または再生シリカゲルを十分な量持っている可能性は低いでしょう。
水で飽和したゲルは、約120 ℃（248 °F）[ 7 ] [ 8 ]で1～2時間加熱することで再生できます。[ 7 ]シリカゲルの種類によっては、十分な量の水にさらされると「破裂」することがあります。これは、シリカ球が水と接触したときに壊れるためです。[ 16 ]
シリカゲルの再生は、経済的および環境的な理由から重要である。[ 17 ]シリカゲルは、熱的または化学的に再生できる。化学的方法では、乾燥剤または溶媒を使用してシリカゲルから水分を脱着させるが、これらは一般的に日常的な再生にはあまり実用的ではない。熱再生は、充填されたシリカゲル層を開封することなく適用でき、オーブンで約100℃で加熱することで行うことができる。120 °C。[ 8 ]熱再生の別の選択肢は、マイクロ波を使用して熱をより均一に適用し、従来のオーブンと比較して再生時間を短縮することですが、このプロセスは過熱を避けるために厳密に制御する必要があります。[ 18 ]熱を適用するもう1つの選択肢は、複合放物面集光器を備えたソーラーヒーターを使用することです。[ 19 ]また、シリカゲルから水分子を除去するために超音波を使用する研究もあります。45～90 ℃は、従来の暖房よりも低い温度である。[ 20 ] [ 21 ]
化学において、シリカゲルはクロマトグラフィーの固定相として使用されます。カラムクロマトグラフィーでは、固定相は40～63μmのシリカゲル粒子で構成されることが最も一般的です。粒子サイズは表面積に関係するため、カラムクロマトグラフィーの種類によって異なる粒子サイズが使用されます。粒子サイズの違いによって、シリカゲルをフラッシュクロマトグラフィーまたは重力クロマトグラフィーのどちらに使用するかが決まります。この用途では、シリカゲルの極性により、非極性成分はより極性のある成分よりも先に溶出する傾向があるため、順相クロマトグラフィーと呼ばれます。しかし、疎水性基（ C18基など）がシリカゲルに結合している場合、極性成分が先に溶出するため、この方法は逆相クロマトグラフィーと呼ばれます。シリカゲルは、薄層クロマトグラフィーのためにアルミニウム、ガラス、またはプラスチックシートにも適用されます。
シリカ表面のヒドロキシ基（OH基）を官能基化することで、独自の固定相特性を示す特殊なシリカゲルが得られる。これらのいわゆる官能基化シリカゲルは、有機合成や精製において、不溶性試薬や捕捉剤としても利用されている。
キレート基はシリカゲルに共有結合させることもできます。これらの材料は、水溶液から金属イオンを選択的に除去する能力を持っています。キレート基は、シリカゲル表面にグラフトされたポリアミンに共有結合させることで、より機械的強度の高い材料を生成することもできます。シリカゲルはアルカリ金属と結合させてM-SG還元剤を形成することもできます。（ SiGNa化学を参照）
シリカゲルは水や土壌中で生分解されないと予想されている。[ 22 ]
シリカゲルは猫砂としても使用され、[ 23 ]単独で、またはベントナイトなどの粘土などのより伝統的な材料と組み合わせて使用されます。飛散しにくく、ほとんど無臭です。
シリカゲルは、二酸化ケイ素または合成非晶質シリカ（SAS）とも呼ばれ、米国食品医薬品局（FDA）により一般的に安全と認められている（GRAS）物質としてリストされており、承認なしに食品に添加することができます。シリカは、21 CFR 172.480 で許可されているように、米国では最大 2% まで食品に添加することが認められています。[ 24 ] EU では、最大 5% の濃度で使用できます。2018年に、食品添加物および食品に添加される栄養源に関する EFSA パネルによる再評価では、最も高い曝露レベルの推定値でも毒性の兆候は見られませんでした。[ 25 ]
用途としては、固結防止剤、消泡剤、安定剤、吸着剤、担体、調整剤、低温耐性剤、濾過助剤、乳化剤、粘度調整剤、沈降防止剤などが挙げられる。[ 26 ]シリカは、焼き菓子、香辛料やハーブ、乳製品、ココア製品など、食品によく見られる。[ 25 ]
シリカゲルは吸水特性があるため、家庭用浄水器に使用されています。[ 27 ]シリカゲルの表面構造により、水に溶けている一部のミネラルを吸着することができます[ 28 ]。これは、市販されている「イオン交換」と呼ばれるものです。家庭用浄水器製品には規制がないため、ろ過システムの有効性に関するメーカーの主張を検証する研究はありません。
シリカゲルには、無水（乾燥）状態から水和（湿潤）状態に変化すると徐々に色が変わる水分指示薬が添加されていることがある。一般的な指示薬は塩化コバルト(II)とメチルバイオレットである。塩化コバルト(II)は乾燥時は濃い青色、湿潤時はピンク色であるが、毒性があり発がん性もあるため、2000年7月に欧州連合によって毒性物質として再分類された。 [ 29 ]メチルバイオレットは、オレンジ色から緑色、またはオレンジ色から無色に変化するように調合することができる。これも毒性があり発がん性がある可能性があるが、[ 30 ]医薬品として使用できるほど安全である。 鉄(III)塩と鉄(II)塩は、少量の水酸化ナトリウムと組み合わせることもあり、より良い代替品となる。特に、硫酸鉄(III)や硫酸アンモニウム鉄(III)（ミョウバン）、硫酸アンモニウム鉄(II)、硫酸カリウム鉄(III)などの複塩は、乾燥状態では琥珀色/黄色、飽和状態では無色/白色に色が変化する。[ 31 ] [ 32 ]
シリカゲルは無毒で、通常の使用では反応性がなく安定しています。フッ化水素、フッ素、二フッ化酸素、三フッ化塩素、強酸、強塩基、酸化剤と反応します。[ 22 ]シリカゲルは呼吸器系を刺激し、消化器系を刺激する可能性があります。ビーズの粉塵は皮膚や目を刺激する可能性があるため、注意が必要です。[ 33 ]結晶性シリカ粉塵は珪肺症を引き起こす可能性がありますが、合成非晶質シリカゲルは硬化しているため、珪肺症を引き起こしません。湿度指示薬を添加すると、追加の危険が生じる可能性があります。
オーブンで120℃で加熱し（完全に乾燥するため）、質量に変化が見られなくなるまで質量を制御することによって達成されました。