Zeolite

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Zeolite
La struttura molecolare nanoporosa della zeolite ZSM-5

Le zeoliti (dal greco ζέω, "bollire" e λίθος, "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 un'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 wikitesto]

La chimica dello stato solido ha permesso di ricavare approfondite informazioni riguardo alla struttura e alle proprietà delle zeoliti. Questi minerali presentano un'intelaiatura strutturale a base di alluminosilicato con formula 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, assimilabile a 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 alla silice o al carbone attivo, che possiedono invece 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 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: gli atomi di silicio o di alluminio stanno 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 dai 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 wikitesto]

Esistono numerosissime zeoliti naturali e di sintesi, di cui molte 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 naturali venivano utilizzate come scambiatori di ioni, disidratanti e setacci molecolari. Tuttavia per questi scopi vengono prodotte zeoliti sintetiche, più performanti, pertanto le zeoliti naturali vengono attualmente usate solo per scopi scientifici o collezionistici.[1]

Gruppo delle zeoliti[modifica | modifica wikitesto]

Il gruppo delle zeoliti è una serie di gruppi di minerali con la struttura delle zeoliti[3][4] ed è elencato di seguito:

Minerali del gruppo delle zeoliti[modifica | modifica wikitesto]

Serie della brewsterite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della chabazite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della clinoptilolite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della dachiardite[modifica | modifica wikitesto]

Serie dell'erionite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della fauiasite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della ferrierite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della gmelinite[modifica | modifica wikitesto]

Serie dell'heulandite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della lévyne[modifica | modifica wikitesto]

Serie della mazzite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della paulingite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della phillipsite[modifica | modifica wikitesto]

Sterie della stilbite[modifica | modifica wikitesto]

Serie della thomsonite[modifica | modifica wikitesto]

Le zeoliti sintetiche[modifica | modifica wikitesto]

Le zeoliti sintetiche vengono generalmente sintetizzate lavorando ad alte pressioni con l'ausilio di autoclavi, pur essendo talvolta ottenibili anche a pressione atmosferica. 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.[5]

Le permutiti sono una classe di zeoliti sintetiche ottenute generalmente fondendo miscele di quarzo, caolino e soda; è possibile ricavarne varietà di composizione differente, che possiedono un migliore potere di scambio e hanno proprietà fisiche diverse rispetto alle zeoliti naturali.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b c d Autori Vari, Scheda Zeoliti in "Il magico mondo di minerali & gemme, De Agostini (1993-1996), Novara
  2. ^ Le proprietà della Zeolite e gli effetti sull'organismo, Salute33
  3. ^ Malcolm E. Back, Joseph A. Mandarino e Michael Fleischer, Fleischer's glossary of mineral species 2014, Tucson, AZ, The Mineralogical Record Inc., 2014.
  4. ^ (EN) Douglas S. Coombs, Alberti Alberto, Armbruster Thomas, Artioli Gilberto, Colella Carmine, Galli Ermanno, Grice Joel D., Liebau Friedrich, Mandarino Joseph A., Minato Hideo, Nickel Ernest H., Passaglia Elio, Peacor Donald R., Quartieri Simona, Rinaldi Romano, Ross Malcom, Sheppard Richard A., Tillmans Ekkehart, Vezzalini Giovanna, Report of the Subcommittee on Zeolites of the International Mineralogical Association, Commission on New Minerals and Mineral Names (PDF), in The Canadian Mineralogist, vol. 35, 1997, pp. 1571-1606. URL consultato il 7 giugno 2012.
  5. ^ D. F. Shriver, P. W. Atkins e C. H. Langford, Chimica inorganica, Zanichelli, 1993, p. 350, ISBN 978-88-08-12624-5.

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