Коллоидные кремнеземы представляют собой суспензии мелких аморфных , непористых и обычно сферических частиц кремнезема в жидкой фазе. Их можно получить методом Штёбера из тетраэтилортосиликата (ТЭОС).
Обычно они суспендированы в водной фазе, которая стабилизирована электростатически. Коллоидные кремнеземы имеют плотность частиц в диапазоне от 2,1 до 2,3 г/см 3 .
Большинство коллоидных кремнеземов готовятся в виде монодисперсных суспензий с размером частиц в диапазоне приблизительно от 30 до 100 нм в диаметре. Полидисперсные суспензии также могут быть синтезированы и имеют примерно те же ограничения по размеру частиц. Более мелкие частицы трудно стабилизировать, а частицы намного больше 150 нанометров подвержены седиментации.
Коллоидные кремнеземы чаще всего готовятся в многоступенчатом процессе, где щелочно-силикатный раствор частично нейтрализуется, что приводит к образованию зародышей кремнезема . Субъединицы частиц коллоидного кремнезема обычно находятся в диапазоне от 1 до 5 нм. Будут ли эти субъединицы соединены или нет, зависит от условий полимеризации. Первоначальное подкисление раствора жидкого стекла ( силиката натрия ) дает Si(OH) 4 .
Если pH снижается ниже 7 или добавляется соль, то единицы имеют тенденцию сливаться вместе в цепи. Эти продукты часто называют силикагелями . Если pH поддерживается слегка на щелочной стороне нейтрального, то субъединицы остаются разделенными и постепенно растут. Эти продукты часто называют осажденным кремнеземом или кремниевыми золями. Ионы водорода с поверхности коллоидного кремнезема имеют тенденцию диссоциировать в водном растворе, давая высокий отрицательный заряд. Известно, что замена некоторых атомов Si на Al увеличивает отрицательный коллоидный заряд, особенно когда он оценивается при pH ниже нейтральной точки. Из-за очень малого размера площадь поверхности коллоидного кремнезема очень велика.
Коллоидная суспензия стабилизируется путем регулировки pH, а затем концентрируется, обычно путем испарения. Максимальная достижимая концентрация зависит от размера частиц. Например, частицы размером 50 нм могут быть сконцентрированы до более чем 50% масс. твердых веществ, в то время как частицы размером 10 нм могут быть сконцентрированы только до приблизительно 30% масс. твердых веществ, прежде чем суспензия станет слишком нестабильной.