Zeoliet

Van Wikipedia

Zeolieten zijn mineralen die behoren tot de tectosilicaten. Natuurlijke zeolieten kunnen veel water bevatten. Bij verhitting kookt dit water eruit, vandaar de naam "zeoliet", van het Griekse "zein", koken, en "lithos", steen. Er bestaan ongeveer een vijftigtal natuurlijke zeolieten en meer dan honderd kunstmatige zeolieten. Veel voorkomende natuurlijke zeolieten zijn natroliet, heulandiet en stilbiet. Kunstmatige zeolieten worden onder andere gebruikt in wasmiddel, kattengrid en katalyse.

[bewerk] Eigenschappen

Een zeoliet is opgebouwd uit silicium-, aluminium- en zuurstofatomen. Deze atomen vormen een tetraëder, welke op hun beurt weer kooien kunnen vormen. Hierdoor krijgt de zeoliet een zeer poreuze structuur. De structuur van een zeoliet is echter wel zeer regelmatig en de aaneengeschakelde kooien vormen een soort kanalen. Deze kanalen kunnen worden gezien als gangen en liftschachten in een flatgebouw. In de kooien kunnen kleine moleculen (zoals water) en ionen zitten. De ionen zijn vaak nodig om de negatief geladen structuur van Si, Al en O te compenseren. Verhitting van de zeoliet op hoge temperatuur kan ervoor zorgen dat de structuur in elkaar klapt. Verdere verhitting van dit amorfe materiaal kan voor nucleatie van een nieuwe keramische fase zorgen.

[bewerk] Soorten natuurlijke zeolieten

• Analciem - NaAl(Si₂O₆)·(H₂O)
• Laumontiet - CaAl₂Si₄O₁₂·4(H₂O)
• Chabaziet - (Ca_0,5,Na,K)₄[Al₄Si₈O₂₄]·12H₂O
• Gismondien - Ca₂Al₄Si₄O₁₆·9(H₂O)
• Mazziet - K₂CaMg₂(Al,Si)₃₆O₇₂·28(H₂O)
• Heulandiet - (Ba,Sr,K,Ca,Na)_2-3Al₃(Al,Si)₂Si₁₃O₃₆·12(H₂O)
• Stilbiet - NaCa₄Al₈Si₂₈O₇₂·30(H₂O)
• Natroliet - Na₂Al₂Si₃O₁₀·2(H₂O)
• Mordeniet - (Ca,Na₂,K₂)Al₂Si₁₀O₂₄·7(H₂O)
• Gottardiiet - Na₃Mg₃Ca₅Al₁₉Si₁₁₇O₂₇₂·93(H₂O)
• Brewsteriet - (Sr,Ba)Al₄Si₁₂O₃₂·10(H₂O)

[bewerk] Industriële toepassingen

Zeolieten worden onder meer gebruikt in wasmiddel als ionenwisselaar voor het ontharden van water. Ook als katalysatoren worden zeolieten veel toegepast, zoals bij het kraken van olie.

[bewerk] Zeolieten als moleculaire zeef

Ieder zeoliet heeft een verschillende kanalenstructuur, waarbij de afmeting, vorm en mate van rechtheid verschillen. Vaak zijn er kanalen in twee dimensies die een regelmatig netwerk vormen.

De kanalen van zeolieten hebben de grootte van atomen of moleculen, en deze eigenschap maakt ze geschikt als "moleculaire zeef". Een zeoliet met smalle kanalen kan bijvoorbeeld waterstof van stikstof scheiden, en een zeoliet met wat grotere kanalen scheidt normaal-alkaan van iso-alkaan.

[bewerk] Zeolieten als ionenwisselaar

Zeolieten zijn te beschouwen als een zout. Hierbij zijn de ionen die in de stuctuur zitten (K, Na of Ca) het positieve metaalion. De zeolitische kristalstructuur werkt als het negatieve tegenion. De metaalionen kunnen worden verwisseld voor andere ionen. Deze eigenschap is te gebruiken bij bijvoorbeeld het verminderen van de waterhardheid:

Na-Zeoliet + 1/2 Ca²⁺ --> Na⁺ + Ca-Zeoliet

[bewerk] Zeolieten als katalysator

Zeolieten kunnen omgezet worden in hun zure vorm. Eerst past men ionenwisseling met ammonium-chloride toe:

Na-Zeoliet + NH₄⁺ --> Na⁺ + NH₄-Zeoliet

Verhitten geeft dan:

NH₄-Zeoliet --> H-Zeoliet + NH₃

Dit H-Zeoliet is een vast zuur, met een enorm binnenoppervlak in de kanalen, vaak honderden m² per gram zeoliet. Op een temperatuur van enige honderden graden Celsius is het dermate zuur dat het alkanen kan activeren. Deze eigenschap kan gebruikt worden voor het omleggen, verbreken en vormen van allerlei koolstof-koolstof verbindingen, bijvoorbeeld in isomerisaties en alkylaties

[bewerk] Externe link

• (en) Database van Zeoliet structuren