Природные цеолиты

На изображении – микрофотография отшлифованной поверхности образца цеолитового туфа, содержащего кристаллы клиноптилолита (крупные пластины) в смеси с тонкими вкраплениями монтмориллонита и других сопутствующих минералов. Увел. 20 тыс.

Минералоги насчитывают всего около 100 минералов, относимых к семейству цеолитов. По структурно-химической классификации цеолиты относятся к каркасным алюмосиликатам щелочных и щелочно-земельных элементов. Химический состав цеолитов представляют  формулами, в которых квадратными скобками выделяют условный мономер (повторяющийся фрагмент):

Клиноптилолит: Na6[Al6Si30O72]. nH2О (n=20-22)
Гейландит: Сa4[Al8Si28O72]. nH2О (n=22-24)

За скобками перечислены обменивающиеся катионы и молекулы сорбированных веществ. Основными  характеристиками цеолитов являются пористость, определяемая размером внутренних пор, величина отношения Si/Al, или модуль, сорбционная и ионно-обменная емкости.  

Пористость и cорбционная емкость цеолитов определяется строением их сетчатого полимерного каркаса, показанного на рисунке. В каналах, или порах, располагаются подходящие по размеру молекулы – воды, аммиака и других веществ. Сорбционная емкость может достигать 10-15% вес. (по воде).





На рисунке:
 Вязь тетраэдров [(Al,Si)O4] в структуре  цеолитов группы гейландита-клиноптилолита в проекции на плоскость ab. Атомы Al и Si находятся в центрах тетраэдров, атомы О – в их вершинах. Прямоугольник - элементарная ячейка структуры. Сечение каналов A равно 0,6х0,4 нм, B – 0,4х0,4 нм. Символ m означает плоскость симметрии.

Обменная емкость.  В каналах, помимо воды, располагаются и ионы Na, К, Са, Mg и других элементов (рис. 3).  Все ионы взаимозаменяемы: при контакте с  растворами или расплавами устанавливается некоторое ионное равновесие.







На рисунке:
  Расположение молекул воды W(1)…W(7) и ионов Na+   (М1) и Са2+(М2), а также К+ (М3) и Mg2+ (М4) в каналах ионообменных форм гейландита и клиноптилолита (по данным рентгеноструктурного и нейтроно-дифракциионного анализов). Увел. 100 млн

Модуль цеолита определяется на основании данных о конкретном соотношении Si/Al, которое равно 5 для клиноптилолита, 3,5 для гейландита, и т.д. Относительно высокое содержание алюминия в цеолитах ограничивает возможности их применения в качестве пищевой добавки из-за опасности алюминоза, системного заболевания, связанного с попаданием в пищу соединений алюминия (Правила Всемирной Организации Здравоохранения, ВОЗ).

Монтмориллониты (бентониты) и каолиниты – это глинистые минералы, распадающиеся на два класса – двуслойные, или керамические глины группы каолинита с упрощенной формулой Al4[(OH)8 Si4O10]  (рис. a), и трехслойные глины c упрощенной формулой Al2[(OH)2 Si4O10]  (рис. b).

Различие свойств двух типов глин обусловлено различием сил сцепления слоев. В каолинитах двуслойные пакеты связаны за счет электростатического притяжения диполей соседних слоев, не препятствующего их взаимному скольжению «как по маслу». В монтмориллоните взаимодействие трехслойных пакетов обусловлено частичным замещением Si4+Al3+. Недостающий заряд компенсируется внеслоевыми ионами Na, Са, Mg,  и молекулами Н2О, осуществляющими связывание трехслойных пакетов. При этом также возможно взаимное скольжение слоев, но оно резко зависит от степени увлажнения. Кроме того, при быстром нагреве, монтмориллонит бурно обезвоживается и вспучивается, как бы закипает, тогда как каолинит лишь спекается с превращением в плотную керамику.

Группа ВК

X Вы еще не пробовали Литокомплекс?!