Zeolite

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Zeolite
La struttura molecolare nanoporosa della zeolite ZSM-5

Le zeoliti (dal greco zein, "bollire" e lithos, "pietra" per il motivo che se le zeoliti vengono riscaldate si rigonfiano[1]) sono una famiglia di minerali con una struttura cristallina regolare e microporosa caratterizzati da una enorme quantità di volumi vuoti interni ai cristalli[2]. La parola zeolite (pietra che bolle) fu coniata dallo studioso svedese Axel Fredrik Cronstedt che osservò il liberarsi di vapore acqueo (dovuto all'acqua intrappolata nelle cavità) scaldando uno di questi minerali.

Caratteristiche chimico-fisiche[modifica | modifica sorgente]

La chimica dello stato solido ha permesso di ricavare approfondite informazioni riguardo alla struttura e alle proprietà delle zeoliti. Questi minerali presentano una intelaiatura strutturale a base di alluminosilicato con formula chimica bruta Na12[(SiO2)12(AlO2)12]·27H2O e cationi intrappolati all'interno di cavità a "tunnel" o a "gabbia". Una classe cospicua ed importante di zeoliti possiede una struttura a gabbia sodalite, consistente in un ottaedro tronco ottenuto asportando con il taglio tutti i vertici. Dato che le gabbie possiedono simmetria cristallina, le zeoliti rappresentano una classe di setacci molecolari con selettività maggiore rispetto, ad esempio, alla silice o al carbone attivo, che possiedono vuoti irregolari. Altra peculiarità consiste nello scambio ionico, processo chimico-fisico consistente nello scambio del catione contenuto all'interno della struttura cristallina con ioni presenti in soluzione e che possiedono dimensioni e proprietà elettrostatiche compatibili con la struttura entro la quale vanno ad inserirsi. Ad esempio, zeoliti naturali contenenti cationi Na+ o K+ sono in grado di scambiare specie ioniche quali Ca2+ e Mg2+.

Dal punto di vista della loro struttura le zeoliti sono dei tettosilicati: il silicio o l'alluminio sono siti al centro di un tetraedro ai cui vertici sono disposti gli atomi di ossigeno. L'impalcatura così creata lascia all'interno dei cristalli varie cavità che possono essere riempite da acqua (che il minerale può perdere con l'esposizione all'aria o se è riscaldato) e gli altri metalli presenti.[1]

Le zeoliti possono scambiare i metalli siti nei loro canali con altri metalli, ad esempio se una zeolite di sodio viene immersa in una soluzione concentrata di ioni potassio tale zeolite diverrà una zeolite di potassio.[1]

La dimensione dei pori è importante in quanto ad essi è legata l'azione catalitica: le molecole entrano in questi pori selettivamente e subiscono ad esempio le reazioni di cracking e di isomerizzazione. Inoltre il tipo di catione presente all'interno della struttura zeolitica influenza la cinetica di scambio ionico.

Utilizzi[modifica | modifica sorgente]

Esistono numerosissime zeoliti, sia naturali che di sintesi, molte delle quali hanno proprietà utili nell'industria: sono ad esempio utilizzate nell'industria petrolchimica come catalizzatori eterogenei, nei detergenti in sostituzione dei polifosfati, in agricoltura, in edilizia, nell'addolcimento delle acque e in medicina per indurre la coagulazione del sangue. Un utilizzo importante in sintesi inorganica permette di ottenere complessi facendo reagire cationi metallici, intrappolati all'interno della struttura zeolitica, con opportuni reagenti complessanti; il composto di coordinazione ottenuto resta intrappolato all'interno della gabbia, essendo troppo grande per potervi uscire. Vengono inoltre utilizzate in alcune pompe da vuoto preliminare poiché, alle temperature dell'azoto liquido, sono in grado di accumulare sulle enormi superfici interne un gran numero di molecole di gas.

Anticamente le zeoliti venivano utilizzate come scambiatori di ioni, disidratanti e setacci molecolari. Tuttavia per questi scopi vengono prodotte zeoliti sintetiche, pertanto le zeoliti vengono attualmente usate per scopi scientifici o collezionistici.[1]

Particolare importanza stanno assumendo in questi ultimi anni le ricerche in campo medico, che classificano la zeolite clinoptilolite utile per disintossicarsi dall'assunzione di metallo pesante o per lenire i problemi legati alla produzione di radicali liberi in eccesso. [2]

Le zeoliti sintetiche[modifica | modifica sorgente]

Le zeoliti sintetiche vengono frequentemente sintetizzate lavorando ad alte pressioni con l'ausilio di autoclavi. Ad esempio, è possibile effettuarne una sintesi scaldando in autoclave a 100-200 °C una soluzione di idrossido di tetrapropilammonio, che fa da templante, con silice colloidale e allumina microporosa. Le permutiti sono una classe di zeoliti sintetiche ottenute fondendo miscele di quarzo, caolino e carbonato di sodio; molte di loro hanno proprietà meccaniche e di scambio ionico migliori rispetto alle zeoliti naturali.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ a b c d Autori Vari, Scheda Zeoliti in "Il magico mondo di minerali & gemme, De Agostini (1993-1996), Novara
  2. ^ a b Le proprietà della Zeolite e gli effetti sull’organismo, Salute33

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