Zeoliti

Nel 1756 il mineralogista svedese Alex F. Cronstedt, noto per aver scoperto il nichel, descrisse le particolari proprietà di un minerale proveniente dalla miniera di rame di Svappavari (Lapponia): se il minerale veniva posto su un letto di borace riscaldato ad alcune centinaia di gradi centigradi, questo sembrava bollire.

Per questa particolare proprietà, non riscontrata in altri minerali allora conosciuti, Cronstedt coniò il termine di zeolite (dal greco zein = bollire e lithos = pietra).

Durante tutto l’Ottocento si succedono ritrovamenti di nuovi minerali classificabili come zeoliti, anche se si deve attendere che si sviluppino tecniche di indagine chimico-fisica più sofisticate come la diffrazione dei raggi X per giungere a una definizione delle loro caratteristiche strutturali.

Le zeoliti costituiscono una famiglia di minerali che presentano una struttura cristallina molto aperta, con presenza di cavità il cui volume varia dal 30 al 50% del volume dell’intero cristallo. Le cavità sono collegate da canali comunicanti tra loro e con l’esterno del cristallo, delimitati da aperture di diametro tale da consentire a cationi e molecole di migrare verso l’interno della struttura. Allo stato naturale le cavità e i canali sono occupati da ioni Na+, K+, Ca2+ e molecole di acqua.

Da un punto di vista chimico le zeoliti sono dei silico-alluminati idrati di metalli alcalini e/o metalli alcalino-terrosi che, strutturalmente appartengono alla classe dei tectosilicati e cui corrisponde la seguente formula minima MeAlmSinO2(m+n)· z H2O  dove Me rappresenta un catione metallico con numero di ossidazione m mentre n e z sono numeri, generalmente non interi, variabili nell’ambito delle varie zeoliti. Le strutture zeolitiche sono descrivibili come insiemi di tetraedri che costituiscono le unità primarie al cui centro sono presenti gli atomi di silicio o di alluminio e ai cui vertici sono situati atomi di ossigeno che fanno da ponte tra le diverse unità

zeolite

Tipiche zeoliti sono l’analcime Na(AlSi2O6)· H2O che si trova in forma di cristalli che rivestono le cavità presenti nelle rocce magmatiche: essi possono essere variamente colorati dal bianco al rosato, al giallo pallido e la cabasite con formula (Ca, Mg, Na2, K2) Al2Si4O12·6 H2O e può presentarsi di vari colori (bianca, arancione, marrone, rosa, verde, giallo) a seconda dei cationi presenti nella struttura cristallina.

Le zeoliti possono scambiare i propri ioni con quelli eventualmente presenti in una soluzione a contatto con esse.

Proprietà

Nell’impiego come scambiatori di ioni, le zeoliti sono state sostituite  da resine cationiche e anioniche prodotte per sintesi, ma è diffuso il loro impiego come adsorbenti selettivi per gas e liquidi.

Le zeoliti possono essere utilizzate come adsorbenti nei processi di separazione di miscele gassose e liquide sulla base del diametro critico dei costituenti: si può procedere ad esempio, alla separazione di idrocarburi saturi lineari da quelli a catena ramificata o ciclici, l’eliminazione di CO2 e H2S da gas naturali, la deumidificazione di gas: la loro struttura consente infatti di essere utilizzate in qualità di setacci molecolari ovvero di specie capaci di separare molecole di grandezza diverse.

L’azione delle zeoliti come setacci molecolari si fonda proprio sulle restrizioni geometriche delle aperture dei pori: soltanto le molecole che sono abbastanza piccole per passare attraverso la finestra di entrata delle cavità possono essere adsorbite dalla loro superficie interna.

Le zeoliti vengono anche largamente usate come catalizzatori o materiale di supporto per catalizzatori stante la loro elevata superficie di contatto.

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Author: Chimicamo

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