Zeolity

Informácie

Podpora


Prihlásenie

Prihlásenie:
Heslo:

ZeolityZeolity

Zeolity

je skupina minerálov z triedy kremičitanov. Obsahujú tzv. zeolitovú vodu, ktorá vypĺňa dutiny v ich štruktúrach. Ich názov vychádza z klasického gréckeho slova s významom „vriace kamene“, keďže pri zohriatí túto vodu viditeľne strácajú.

Z osemdesiatky prírodných zeolitov sa v dostatočnom množstve a kvalite vyskytuje len 7 z nich: analcin, cabazit, erionit, ferrierit, phillipsit a klinoptilolit a mordenit. Mnoho druhov zeolitov bolo pripravených syntetickou cestou.

Štruktúra a základné vlastnosti zeolitov

Zeolity sú mikro-pórovité, kryštalické hlinitokremičitany so sieťovou štruktúrou, ktorá obsahuje hliník, kremík a kyslík v pravidelnej kostre; atóm kremíka a hliníka je uložený centrálne a v rohoch štvorstenov sú umiestnené väčšie atómy kyslíka. Štvorsteny sú vzájomne pospájané atómami kyslíka. Záporný náboj mriežky je neutralizovaný kladnými nábojmi mobilných kovových katiónov, ktoré sú spolu s vodou sú uložené v póroch.

Text Box: Obr. 1 Zeolitová štruktúra

Kryštálovú štruktúru zeolitov (obr. 1) výstižne prirovnal Dr. R. W. Tschernich (1992) k modelu domu: „Steny, podlahy a stropy domu môžeme prirovnať k alumosilikátovej kostre zeolitov. Steny môžu byť usporiadané rôznym spôsobom a tvoria vzájomne prepojené voľné priestory - chodby a miestnosti, ktoré môžeme prirovnať k dutinám a kanálikom v zeolitovej kostre. Tieto priestory v dome (kostry) môžeme vyplniť nábytkom (vymeniteľnými katiónmi) a ľuďmi (molekulami vody), tie môžeme ľubovoľne v miestnostiach meniť, nahradiť inými, alebo aj úplne vysťahovať bez toho, aby sa dom zrútil. Nábytok môžeme útulne usporiadať, alebo náhodilo rozmiestniť, ako je tomu pri usporiadaných a neusporiadaných vymeniteľných katiónoch vo vnútri kostry“.

Všeobecný vzorec pre zeolity je:

,

kde M je katión s valenciou n a m je počet molekúl vody v jednotkovej bunke. Pre M katióny (všeobecne kovové ióny - vo väčšine prípadov jednomocné a dvojmocné - ale taktiež amóniové ióny a ióny vodíka) sa často používa výraz „extra-kostrové katióny“. Hranatá zátvorka popisuje aniónovú kostru.

Prírodné zeolity obsahujú mnoho druhov katiónov, zatiaľ čo syntetické zeolity sú väčšinou monokatiónové alebo dikatiónové.

Zeolity sú hydratované hlinitokremičitany, ktorých základnou stavebnou jednotkou sú kubické oktaedre vo vrcholoch striedavo zastúpené tetraedrami a (primárne jednotky), v ktorých je atóm kremíka a hliníka uložený centrálne a v rohoch štvorstenov sú umiestnené väčšie atómy kyslíka. Štvorsteny sú vzájomne pospájané atómami kyslíka spoločnými pre dva susediace štvorsteny. Zvyšný negatívny náboj mriežky z je neutralizovaný vo vnútri zeolitickej štruktúry mobilnými katiónmi alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín.

V štruktúre zeolitu je zastúpenie kremíka a hliníka ku kyslíku obvykle 1 : 2, pričom atómy hliníka môžu nahradiť kremík najviac do polovice množstva (vysoké moduly n = SiO2/Al2O3 majú najmä klinoptilolit, erionit, mordenit).

Na povrchu kubooktaedra sa nachádza 6 štvorčlenných kyslíkových prstencov v oktaedrickej symetrii a 8 šesťčlenných kyslíkových prstencov v tetraedrickej symetrii. Prostredníctvom mostíkov vytvorených z kyslíkových atómov týchto prstencov dochádza ku vzájomnému spájaniu kubooktaedrov. Spôsob spájania určuje kryštalografickú štruktúru a je charakteristický pre zeolity typu A (obr. 2.1), resp. X a Y (obr. 2.2).

Z praktických dôvodov je vhodné rozlišovať medzi zeolitmi s veľkými pórmi (napr. Zeolity X a Y - faujasity) s počtom atómov kyslíka v uzavretom reťazci 12 (priemer 0,74 nm). Zeolity so stredne veľkými pórmi (napr. ZSM-5) majú 10-členné kyslíkové reťazce. Zeolity s malými pórmi (napr. A zeolit s voľným priemerom približne 0,4 nm) majú 8-členné kyslíkové reťazce.

Využitie zeolitov

Zeolity - prírodné i syntetické - sa v súčasnosti v čoraz väčšej miere uplatňujú v rôznych odvetviach priemyslu. Schopnosť iónovo – výmenných procesov sa využíva v čistení odpadových vôd. Zeolity nahrádzajú fosfáty v čistiacich prostriedkoch. Veľkosť dutín a kanálikov umožňuje využívať zeolity ako molekulové sitá.

Aplikácia zeolitov v poľnohospodárstve spočíva v ich pridávaní do krmív (absorbujú škodliviny) a hnojív (nosiče živín alebo účinných látok). Tvorba nanometrických vodivých štruktúr v zeolitových kanálikoch sa využíva vo výskume “molekulárnej elektroniky”. Zeolity nahrádzajú fosfáty ako činidlá pre zmäkčovanie vody v čistiacich prostriedkoch. Zeolit bentonit sa využíva aj u nás v geosyntetických rohožiach ako nepriepustný materiál nielen pre vodu, ale aj pre ťažké kovy a ropné produkty. V stavebníctve sa zeolity používajú ako prísada do cementov, vápna a na výrobu ľahčených stavebných hmôt. Zeolity sú najvýznamnejšími katalyzátormi v petrochemickej rafinérii, sú tiež veľmi efektívnymi sušičmi. Vyrábajú sa z nich aj ozdobné kamene

Záver

Úlohou tejto práce bolo oboznámiť so základnými štruktúrnymi vlastnosťami zeolitov, ktoré v značnej miere vplývajú na ostatné fyzikálne a chemické vlastnosti zeolitov. K detailnému zoznámeniu sa so zeolitmi odporúčam elektronickú verziu atlasu typov štruktúr zeolitov od Structure Commission of the International Zeolite Association (IZA-SC).