Zeolita

Las zeolitas son minerales microporosos de aluminosilicato comúnmente utilizados como adsorbentes comerciales y catalizadores . ^[1] El término zeolita fue acuñado originalmente en 1756 por el mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt , quien observó que calentar rápidamente un material, que se creía que era estilbita , producía grandes cantidades de vapor del agua que había sido absorbida por el material. En base a esto, llamó al material zeolita , del griego ζέω (zéō) , que significa “hervir” y λίθος (líthos) , que significa "piedra". ^[2] La referencia clásica para el campo ha sido el libro Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, And Use de Breck . ^[3]

Las zeolitas se producen de forma natural, pero también se producen industrialmente a gran escala. Hasta diciembre de 2018 ^[actualizar], se identificaron 253 estructuras de zeolita únicas y se conocen más de 40 estructuras de zeolita naturales. ^{[4] [5]} Cada nueva estructura de zeolita que se obtiene es examinada por la Comisión Estructural de la Asociación Internacional de Zeolitas y recibe una designación de tres letras. ^[6]

Las zeolitas tienen una estructura porosa que puede acomodar una amplia variedad de cationes , como Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Mg ²⁺ y otros. Estos iones positivos se mantienen bastante sueltos y pueden intercambiarse fácilmente por otros en una solución de contacto. Algunas de las zeolitas minerales más comunes son analcima , chabazita , clinoptilolita , heulandita , natrolita , phillipsita y estilbita . Un ejemplo de la fórmula mineral de una zeolita es: Na ₂ Al ₂ Si ₃ O ₁₀·2H ₂ O, la fórmula de la natrolita . Las zeolitas de intercambio catiónico poseen diferente acidez y catalizan diferentes reacciones. ^{[7] [8] [9] [ fuente no primaria necesaria ]}

Las zeolitas naturales se forman donde las rocas volcánicas y las capas de ceniza reaccionan con el agua subterránea alcalina . Las zeolitas también cristalizan en ambientes posdeposicionales durante períodos que van desde miles a millones de años en cuencas marinas poco profundas. Las zeolitas naturales rara vez son puras y están contaminadas en diversos grados por otros minerales, metales, cuarzo u otras zeolitas. Por esta razón, las zeolitas naturales están excluidas de muchas aplicaciones comerciales importantes donde la uniformidad y la pureza son esenciales. ^{[ cita requerida ]}

Las zeolitas son los aluminosilicatos miembros de la familia de sólidos microporosos conocidos como " tamices moleculares ", y consisten principalmente en silicio, aluminio, oxígeno y tienen la fórmula general M _x Al _x Si _1−x O ₂ ·yH ₂ O donde M es ya sea un ion metálico o H ⁺ . El valor de x está entre 0 y 1 y y es el número de moléculas de agua en la unidad de fórmula. Aunque hay una amplia gama de estructuras posibles, una característica común es que están formadas por la unión de los átomos de oxígeno de las esquinas de los tetraedros de AlO ₄ y SiO ₄ para formar estructuras de red covalentes. ^[10]

El término tamiz molecularse refiere a una propiedad particular de estos materiales, es decir, la capacidad de clasificar selectivamente moléculas basándose principalmente en un proceso de exclusión por tamaño. Esto se debe a una estructura de poros muy regular de dimensiones moleculares. El tamaño máximo de las especies moleculares o iónicas que pueden entrar en los poros de una zeolita está controlado por las dimensiones de los canales. Estos se definen convencionalmente por el tamaño del anillo de la apertura, donde, por ejemplo, el término "ocho anillos" se refiere a un circuito cerrado que se construye a partir de ocho átomos de silicio (o aluminio) coordinados tetraédricamente y ocho átomos de oxígeno. Estos anillos no siempre son perfectamente simétricos debido a una variedad de causas, incluida la tensión inducida por la unión entre unidades que se necesitan para producir la estructura general o la coordinación de algunos de los átomos de oxígeno de los anillos con los cationes dentro de la estructura. Por lo tanto, los poros de muchas zeolitas no son cilíndricos.

Una forma de tomsonita (una de las zeolitas más raras) de la India

Estructura microscópica de una estructura de zeolita ( mordenita ), ensamblada a partir de tetraedros. El sodio está presente como un catión fuera del marco (en verde).${\displaystyle {\ce{SiO_4}}}$

Natrolita de Polonia

Thomsonita pulida

Zeolita sintética

Un investigador de Sandia National Laboratories examina viales de SOMS (Sandia Octahedral Molecular Sieve), una zeolita que muestra potencial para la limpieza de desechos radiactivos y metales industriales.

Animación de la adsorción por cambio de presión, (1) y (2) que muestran adsorción y desorción alternas

I	entrada de aire comprimido		A	adsorción
O	salida de oxígeno		D	desorción
mi	cansada

Uso experimental de zeolita como estabilizador de suelos en San Miniato, Toscana.

La estructura microporosa de las zeolitas puestas en el suelo estabiliza la liberación de agua y el pH.

Un espécimen combinado de cuatro especies de zeolita. Los cristales de natrolita radiantes están protegidos en un bolsillo con estilbita asociada. La matriz alrededor y por encima del bolsillo está revestida con pequeños cristales de laumontita de color rosa. La heulandita también está presente como un grupo de cristales en la parte posterior.