Zeolit

Bikitaitul , un exemplu de zeolit natural.

Zeoliții (din grecescul ζέω , „fierbe” și λίθος , „piatră” pentru motivul că, dacă zeoliții sunt încălziți, se umflă ^[1] ) sunt silicați , subclasa Tectosilicaților și constituie o familie de minerale cu o structură cristalină foarte deschisă și canale interconectate.

Sunt aluminosilicați cu schele tectosilicate cu ioni Na, Ca, K și molecule de H ₂ O în cantități variabile în cavități structurale mari. ^[2]

Cuvântul zeolit a fost inventat în 1756 de mineralogistul suedez Axel Fredrik Cronstedt , care a observat eliberarea vaporilor de apă din cauza apei prinse în cavități prin încălzirea unuia dintre aceste minerale, care se umflă și pare să fiarbă.

În natură există 46 de tipuri de zeoliți de origine diferită.

Structură cristalină

Zeoliții sunt tectoaluminosilicați cu structuri cristaline formate din tetraedre TO ₄ (T = specii tetraedrice, Si, Al, P etc.), ai căror atomi de oxigen sunt împărțiți cu tetraedra adiacentă; de fapt, aceste unități tetraedrice [SiO ₄ ] ^4- și [AlO ₄ ] ^5- împart oxigenul astfel încât să formeze punți neliniare.

Structura zeolit poate fi imaginat ca un set de SiO ₄ și AlO ₄ tetraedre care se leagă împreună, în conformitate cu forme geometrice simple, care se unesc pentru a forma unități complexe , cum ar fi lanțuri, inele sau cuști de energie potențial scăzut ^[3] . Tocmai pentru că au structuri cristaline geometrice foarte regulate, zeoliții sunt adesea folosiți ca catalizatori, având în vedere selectivitatea lor, de fapt pot fi selectivi în următoarele moduri:

- selectiv pentru reactivi

adică, numai unii reactivi pot fi catalizați de zeoliți, deoarece geometria precisă a situsului activ implică o selectivitate ridicată sau există molecule care sunt împiedicate steric să acceseze situl activ.

- selectiv pentru produse

când apare reacția catalizată de zeoliți, de foarte multe ori se formează un singur enantiomer al produsului (enantioselectivitate), ceea ce le face foarte utile și în sectorul farmaceutic unde, de exemplu, în producția de medicamente doar producția de enantiomer activ este necesară o moleculă (enantiomerul D sau L) evitându-se astfel producerea de molecule inactive, sau mai rău chiar dăunătoare în unele cazuri, pentru a crește randamentul procesului.

Așa cum a spus mai înainte, fiind alcătuit dintr - un set de SiO ₄ și AlO ₄ tetraedre legate între ele, putem de asemenea că aceste structuri tind să fie acide și aceleași zeoliți se pot face chiar mai acide prin înlocuirea acestora cu unele grupări atomice , cum ar fi halogeni (F, Cl, Br în general).

O clasă importantă de zeoliți posedă o structură în cuști.

Deoarece colivii posedă simetrie cristalină, zeoliții reprezintă o clasă de site moleculare cu o selectivitate ridicată în ceea ce privește silica sau cărbunele activ . ^[4]

Structura cristalină generică a zeolitului.

În interiorul structurilor se formează diverse cavități care pot fi umplute cu apă.

Mineralul poate pierde H ₂ O cu expunerea la aer, prin încălzire sau prin substituție cu metale prezente.

Mărimea porilor este importantă, deoarece acțiunea catalitică este legată de aceștia: moleculele intră selectiv în acești pori și suferă, de exemplu, reacții de fisurare și izomerizare . Mai mult, tipul de cation prezent în structura zeolitului influențează cinetica schimbului de ioni. ^[5]

Proprietăți fizico-chimice

Proprietățile zeolitice sunt capacitatea de schimb cationic, deshidratarea reversibilă și porozitatea structurală.

Schimbul de cationi este un proces chimico-fizic care constă în schimbul de cationi conținuți în structura cristalină cu ioni prezenți în soluție care posedă dimensiuni și proprietăți electrostatice compatibile cu structura în care sunt introduși. De exemplu, zeoliții naturali care conțin cationi Na ⁺ sau K ⁺ sunt capabili să schimbe specii ionice precum Ca ²⁺ și Mg ²⁺ .

Zeoliții pot schimba metalele situate în canalele lor cu alte metale; de exemplu, dacă un zeolit de sodiu este scufundat într-o soluție concentrată de ioni de potasiu, acest zeolit va deveni un zeolit de potasiu.

Deshidratarea poate avea loc prin încălzire sub vid, deoarece zeoliții conțin molecule de apă coordonate cu ioni ai structurii, deci sunt buni agenți de uscare.

Utilizări

Zeolitii sintetici.

Există numeroși zeoliți naturali și sintetici, dintre care mulți au proprietăți utile în diverse sectoare, cum ar fi industria petrochimică, construcții, agricultură și creșterea animalelor . ^[6]

Industrie

Zeoliții sunt catalizatori cunoscuți, deoarece au o suprafață ridicată care permite tratarea unei cantități de molecule de 100 de ori mai mari decât un catalizator amorf tradițional. De asemenea, pot acționa ca site moleculare datorită selectivității lor.

Acestea acționează ca site moleculare în diferite domenii, cum ar fi în rafinărie și industria petrochimică, în gaze industriale și cuptoare , unde sunt utilizate pentru a usca, purifica și separa substanțele chimice care urmează să fie tratate.

Aceste minerale sunt exploatate și pentru desalinizarea apei de mare , sintetizând un amestec de zeoliți cu ioni ${\ce {Ag+}}$ ${\ displaystyle {\ ce {Ag +}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {Ag +}}}$ Și ${\ce {Ba++}}$ ${\ displaystyle {\ ce {Ba ++}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {Ba ++}}}$ care vă permit să înmuiați apele. Important este utilizarea Zeolite-A adăugat cu Na ⁺ în detergenți , pentru mașini de spălat și mașini de spălat vase . acest proces permite schimbului de Na ⁺ -Ca ²⁺ să contracareze apele dure .

Clădire

Zeoliții joacă un rol semnificativ în producția de gips carton , deoarece, împreună cu fibrele de celuloză preluate din hârtie reciclată și reziduurile fibroase de argilă , conferă duritate suprafeței gips - cartonului .

Prezența lor permite îndepărtarea, printr-un schimb de ioni, din contaminanții din deșeurile de hârtie.

Alte aplicații implică amestecarea zeoliților cu mortare pentru a captura componentele de amoniac și a reține umiditatea, extinzând maleabilitatea produsului. ^[7]

Agricultură

Structura microporoasă a zeoliților permite absorbția sau filtrarea moleculelor lichide sau gazoase; de fapt, în soluri absorb apă și o eliberează încet, evitând astfel, în perioadele fierbinți, o uscăciune excesivă a solului.

Zeoliții păstrează substanțele nutritive împiedicându-le pe acestea din urmă să fie spălate de ploaie , un sol bogat în zeoliți are nevoie de mai puțin îngrășământ .

Aceste minerale acționează și ca corectori de pH și stabilizatori de temperatură . ^[8]

Creșterea animalelor

Chabasite.

Capacitatea de schimb ionic permite reținerea și neutralizarea moleculelor selective, cum ar fi amoniul , metalele grele și diverse substanțe organice , precum și absorbția gazelor mirositoare, cum ar fi amoniacul, hidrogenul sulfurat și mercaptanii , împreună cu mirosurile provenite din biomasa grajdurilor . Din acest motiv zeoliții sunt de mare folos în reproducere și în tratarea apelor uzate .

De un interes zootehnic semnificativ există Chabasite care, datorită structurii sale, reține amoniu pentru a preveni transformarea acestuia în amoniac, limitându-și astfel mirosul.

Recent zeolitul a fost adăugat pentru a hrăni bovine , porci și păsări de curte pentru a crește creșterea animalelor, a reduce mirosul și pentru a preveni infecțiile tractului respirator datorate amoniacului, combate și reduce fragilitatea osoasă , scade aflatoxinele și evită cazurile de furie și canibalism .

Urmează câteva experimente efectuate în încercarea de a studia efectele chabasite.

În 1974 a fost realizat un studiu în Japonia , la ferma Keai, pe 4000 de porci. Unii au fost hrăniți cu furaje adăugate de chabasite, alții fără.

Ceea ce este raportat în tabel a fost observat.

	Ulcer gastric	Pneumonie	Dilatarea cardiacă	Mortalitate
Furaje tradiționale	77 de cazuri	128 de cazuri	6 cazuri	4 persoane
Hrăniți cu 3% din Chabasite	22 de cazuri	51 de cazuri	4 cazuri	2 persoane

În sprijinul reducerii mirosurilor neplăcute și a fragilității osoase, IFIP (Federația Internațională pentru Prelucrarea Informației) a efectuat o cercetare pe un total de 144 de porci, verificând efectul chabazitei în hrănire. S-a constatat că amoniul din canalizare a fost redus cu 30%, mirosurile reduse cu 40% și, prin urmare, o scădere cu 20% a emisiilor de amoniac și CO ₂ în atmosferă . ^[8] ^[9]

Istorie

Cunoscutul mineralog suedez Alex F. Cronstedt , cunoscut pentru că a descoperit nichelul , în 1756 descrie proprietățile particulare ale unui mineral din mină de cupru din Svappavari ( Laponia ), identificate în mici cavități de roci vulcanice .

Zeoliți în roca vulcanică.

El observă că atunci când este așezat pe un pat de borax încălzit la câteva sute de grade Celsius , acest mineral pare să fiarbă; de fapt, dacă sunt supuși acțiunii căldurii , pierd apă și se umflă în mod vizibil. Pentru această proprietate specială, care nu se găsește în alte minerale cunoscute, Cronstedt a inventat termenul de zeolit (din grecescul ze = fierbe și lithos = piatră).

În 1963 Joseph V. Smith a propus prima definiție a zeolitului ca „un aluminosilicat cu o schelă tetraedrică tridimensională deschisă, ale cărei cavități pot găzdui cationi extra-schelă și molecule de apă, dotate cu o mobilitate ridicată care determină proprietățile sale caracteristice de schimb ionic și deshidratare reversibilă ", extinsă ulterior cu" Un zeolit este o substanță cristalină cu o structură caracterizată printr-o schelă de tetraedre unite între ele, unde fiecare tetraedru este format din patru oxigeni dispuși în jurul unui cation. Cadrul cuprinde cavități deschise sub formă de cuști și canale. Aceste cavități sunt de obicei ocupate de molecule de apă și de cationi extra-cadru schimbabili. Canalele sunt suficient de mari pentru a permite trecerea speciilor gazdă. În fazele hidratate, deshidratarea are loc la temperaturi în mod normal sub 400 ° C și este un proces reversibil. Cadrul poate fi întrerupt de grupuri (OH, F); acestea ocupă un vârf al unui tetraedru cadru care nu este împărțit cu tetraedrul adiacent ".

În antichitate, zeoliții naturali erau folosiți ca schimbători de ioni, desecanți și site moleculare. Cu toate acestea, în aceste scopuri sunt produși zeoliți sintetici, mai performanți, prin urmare zeoliții naturali sunt utilizați în prezent numai în scopuri științifice sau de colectare .

Utilizarea zeolitului ca aditiv alimentar a fost autorizată în Japonia din 1996, unde s-a constatat că adăugarea zeolitului a dus la o valoare nutrițională mai mare a alimentelor și la mai puține tulburări digestive.

Aproximativ patruzeci de brevete utilizate în domeniul medical au fost înregistrate din 1998.

Zeolitul a fost folosit și în Hiroshima și Nagasaki, mai târziu în Cernobâl, pentru a-i ajuta pe cei afectați de radiații. În vremuri mai recente a fost folosit pentru a curăța marea de radiații.

În zilele noastre zeoliții au diverse utilizări în construcții , agricultură , purificarea apelor uzate și absorbția micro și macromoleculelor, datorită proprietăților lor, cum ar fi: retenția apei, rezistența mecanică, permeabilitatea, densitatea. ^[10] ^[11]

Zeoliții sintetici

Zeoliții sintetici sunt în general sintetizați lucrând la presiuni ridicate cu ajutorul autoclavelor, deși uneori pot fi obținuți și la presiunea atmosferică. De exemplu, este posibilă efectuarea unei sinteze prin încălzirea într-o autoclavă la 100-200 ° C a unei soluții de hidroxid de tetrapropilamoniu, care acționează ca un șablon, cu silice coloidală. ^[12]

Permutitele sunt o clasă de zeoliți sintetici obținuți în general prin topirea amestecurilor de cuarț, caolin și sodă; este posibil să se obțină varietăți de compoziții diferite, care posedă o putere de schimb mai bună și au proprietăți fizice diferite în comparație cu zeoliții naturali.

Grup de zeoliți

Grupul zeolit este o serie de grupe minerale cu structura zeoliților ^[13] ^[14] și este listat mai jos:

Minerale din grupul zeolit

Seria Brewsterite

Seria chabazită

Seria clinoptilolite

Seria dachiardite

Seria erionită

Seria Fauiasite

Seria ferrieritei

Seria Gmelinite

Seria heulandită

Seria lévyne

Seria Mazzite

Seria paulingitei

Seria Phillipsite

Seria Stilbite

Seria Thomsonite

Notă

^ Diversi autori, foaia zeolitelor din „Lumea magică a mineralelor și pietrelor prețioase, De Agostini (1993-1996), Novara
^ C. Klein, Mineralogie , prima ediție italiană, Zanichelli, 2004.
^ ZEOLITI , pe www.chimdocet.it . Adus la 18 decembrie 2018 .
^ Diversi autori, Recenzii , în LUMEA CONTEMPORANĂ , n. 1, 2017-09, pp. 171-199, DOI : 10.3280 / mon2017-001006 . Adus la 18 decembrie 2018 .
^ Zeolites , pe www.chimica-online.it . Adus la 18 decembrie 2018 .
^ Aplicații ale zeoliților , pe www.chimdocet.it . Adus pe 9 ianuarie 2019 .
^ Zeolit Italia, Zeolit în construcții ^{[ link broken ]} , pe Zeolite Italia , 15 septembrie 2018. Adus pe 9 ianuarie 2019 .
^ ^a ^b Zeolit , pe europomice.it . Adus pe 9 ianuarie 2019 .
^ Zootehnie , pe zeoliti.com .
^ zeoliți în Enciclopedia Treccani , pe Treccani . Adus pe 9 ianuarie 2019 (arhivat din original la 27 mai 2017) .
^ Zeoliți în „Enciclopedia științei și tehnologiei” , pe Treccani . Adus pe 9 ianuarie 2019 (arhivat din original la 11 septembrie 2017) .
^ Shriver, Duward F. și Langford, Cooper H., Chimie anorganică , Zanichelli, 1993, ISBN 88-08-12624-2 ,OCLC 797754632 . Adus pe 9 ianuarie 2019 .
^ Malcolm E. Back, Joseph A. Mandarino și Michael Fleischer, glosarul Fleischer de specii minerale 2014 , Tucson, AZ, The Mineralogical Record Inc., 2014.
^ (EN) Douglas S. Coombs, Alberto Alberti, Thomas Armbruster, Gilberto Artioli, Colella Carmine, Galli Herman, Joel D. Grice, Friedrich Liebau, Mandarin Joseph A., Hideo Minato, Ernest H. Nickel, Passaglia Elio, Peacor Donald R., Quartieri Simona, Rinaldi Romano, Ross Malcom, Sheppard Richard A., Tillmans Ekkehart, Vezzalini Giovanna, Raport al Subcomitetului pentru Zeoliți al Asociației Internaționale Mineralogice, Comisia pentru noi minerale și nume de minerale ( PDF ), în The Canadian Mineralogist , vol. 35, 1997, pp. 1571-1606. Adus la 7 iunie 2012 (arhivat din original la 5 mai 2012) .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe zeolit

linkuri externe

( EN ) Zeolite , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
(EN) Mindat - Grup de zeoliți , al mindat.org.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 5711 · LCCN (EN) sh85149750 · GND (DE) 4067660-2 · NDL (EN, JA) 00.563.784

Portal Mineralogie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de mineralogie

[De_Agostini-1] Diversi autori, foaia zeolitelor din „Lumea magică a mineralelor și pietrelor prețioase, De Agostini (1993-1996), Novara

[2] C. Klein, Mineralogie , prima ediție italiană, Zanichelli, 2004.

[3] ZEOLITI , pe www.chimdocet.it . Adus la 18 decembrie 2018 .

[4] Diversi autori, Recenzii , în LUMEA CONTEMPORANĂ , n. 1, 2017-09, pp. 171-199, DOI : 10.3280 / mon2017-001006 . Adus la 18 decembrie 2018 .

[5] Zeolites , pe www.chimica-online.it . Adus la 18 decembrie 2018 .

[6] Aplicații ale zeoliților , pe www.chimdocet.it . Adus pe 9 ianuarie 2019 .

[7] Zeolit Italia, Zeolit în construcții ^{[ link broken ]} , pe Zeolite Italia , 15 septembrie 2018. Adus pe 9 ianuarie 2019 .

[europomice.it-8] Zeolit , pe europomice.it . Adus pe 9 ianuarie 2019 .

[9] Zootehnie , pe zeoliti.com .

[10] zeoliți în Enciclopedia Treccani , pe Treccani . Adus pe 9 ianuarie 2019 (arhivat din original la 27 mai 2017) .

[11] Zeoliți în „Enciclopedia științei și tehnologiei” , pe Treccani . Adus pe 9 ianuarie 2019 (arhivat din original la 11 septembrie 2017) .

[12] Shriver, Duward F. și Langford, Cooper H., Chimie anorganică , Zanichelli, 1993, ISBN 88-08-12624-2 ,OCLC 797754632 . Adus pe 9 ianuarie 2019 .

[13] Malcolm E. Back, Joseph A. Mandarino și Michael Fleischer, glosarul Fleischer de specii minerale 2014 , Tucson, AZ, The Mineralogical Record Inc., 2014.

[14] (EN) Douglas S. Coombs, Alberto Alberti, Thomas Armbruster, Gilberto Artioli, Colella Carmine, Galli Herman, Joel D. Grice, Friedrich Liebau, Mandarin Joseph A., Hideo Minato, Ernest H. Nickel, Passaglia Elio, Peacor Donald R., Quartieri Simona, Rinaldi Romano, Ross Malcom, Sheppard Richard A., Tillmans Ekkehart, Vezzalini Giovanna, Raport al Subcomitetului pentru Zeoliți al Asociației Internaționale Mineralogice, Comisia pentru noi minerale și nume de minerale ( PDF ), în The Canadian Mineralogist , vol. 35, 1997, pp. 1571-1606. Adus la 7 iunie 2012 (arhivat din original la 5 mai 2012) .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]