Ζεόλιθος

Ζεόλιθοι

Οι ζεόλιθοι είναι μικροπορώδη αργυλοπυριτικά ορυκτά που χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων ως προσροφητικά και καταλύτες.^[1] Ο όρος δημιουργήθηκε το 1756 από τον Σουηδό ορυκτολόγο Άξελ Κρόνστεντ, ο οποίος παρατήρησε ότι με την ταχεία θέρμανση στιλβίτη παράγεται μεγάλη ποσότητα ατμού από νερό το οποίο είχε απορροφηθεί από το υλικό. Με βάση αυτή την παρατήρηση ονόμασε το υλικό ζεόλιθος, από τις ελληνικές λέξεις «ζέω» (βράζω) και «λίθος» (πέτρα).^[2] Ο ζεόλιθος μπορεί να είναι αυτοφυής ή να παράγεται βιομηχανικά.

Ιδιότητες

Οι ζεόλιθοι είναι τα αργιλοπυριτικά μέλη της οικογένειας των μικροπορωδών στερεών γνωστών σαν «μοριακά κόσκινα», επιτρέποντας τη διέλευση ουσιών με συγκεκριμένο μέγεθος και με αποτέλεσμα να ταξινομούνται σύμφωνα με το μεγεθός του. Το μέγιστο μέγεθος της ουσίας που μπορεί να διέλθει από τον ζεόλιθο εξαρτάται από τις διαστάσεις του καναλιού.

Η δομική μονάδα των ζεολίθων αποτελείται από περιοδικά επαναλαμβανόμενες ομάδες πυριτίου το οποίο περιβάλλεται από τέσσερα άτομα οξυγόνου, ενώ σε κάποιες από αυτές τις ομάδες το πυρίτιο αντικαθίσταται από άτομα αργιλίου, η παρουσία των οποίων φορτίζει αρνητικά το ορυκτό. Για να εξισορροπηθεί το φορτίο του ζεόλιθου, σε αυτό προστίθεται από ένα άτομο νατρίου.^[3] Οι επαναλαμβανόμενες ομάδες σχηματίζουν πόρους οι οποίοι δεν είναι πάντα συμμετρικά εξαιτίας μιας ποικιλίας φαινομένων, όπως για παράδειγμα το σθένος που προκαλείται από τους δεσμούς ανάμεσα στις μονάδες για να σχηματίσουν την συνολική δομή, ή ίδιων διαστάσεων.

Οι ζεόλιθοι μπορούν να περιλαμβάνουν μια μεγάλη ποικιλία κατιόντων, όπως νάτριο, κάλιο, ασβέστιο, μαγνήσιο και άλλα. Αυτά τα θετικά ιόντα συγκρατούνται ασθενώς και μπορούν εύκολα να ανταλλαχθούν με το περιβάλλον διάλυμα. Για παράδειγμα η χημική δομή του νατρολίτη, ενός κοινού ζεόλιθου, είναι Na₂Al₂Si₃O₁₀·2H₂O.

Χρήσεις

Οι ζεόλιθοι χρησιμοποιούνται ευρέως σαν υποστρώματα ανταλλαγής ιόντων σε οικιακές και εμπορικές συσκευές καθαρισμού νερού και άλλων. Στη χημεία, οι ζεόλιθοι χρησιμοποιούνται για το διαχωρισμό μορίων (μόνο μόρια με συγκεκριμένο σχήμα και μέγεθος μπορούν να περάσουν) και σαν παγίδες μορίων ώστε αυτά να μπορούν να αναλυθούν. Οι ζεόλιθοι έχουν τη δυνατότητα να διαχωρίζουν με ακρίβεια και εξειδίκευση αέρια, συμπεριλαμβανομένων των υδρατμών, CO₂ και SO₂ από το φυσικό αέριο.

Το σύστημα παραγωγής οξυγόνου επί του αεροσκάφους (OBOGS) χρησιμοποιεί ζεόλιθο σε συνδυασμό με απορρόφηση εναλλαγής πίεσης για να απομακρύνει το άζωτο από τον συμπιεσμένο αέρα έτσι ώστε να παρέχει στο πλήρωμα οξυγόνο σε μεγάλο υψόμετρο.^[4]

Έχουν ευρεία χρήση στη βιομηχανία, στην οικοδομική, στην προστασία του περιβάλλοντος, στις ιχθυοκαλλιέργειες, τη γεωργία, την κτηνοτροφία και στην ιατρική από τα μέσα της δεκαετίας του 1960. ^[5]

Γεωργία

Στη γεωργία, ο κλινοπτιλολίτης (ένας φυσικός ζεόλιθος) χρησιμοποιείται για τη βελτίωση του εδάφους. Παρέχει μια πηγή που απελευθερώνει με αργό ρυθμό κάλιο. Αν στον ζεόλιθο έχει προστεθεί αμμώνιο, τότε έχει παρόμοια λειτουργία, αποδεσμεύοντας άζωτο. Οι ζεόλιθοι μπορούν επίσης να δράσουν σαν ρυθμιστές της ποσότητας νερού, καθώς μπορούν να απορροφήσουν μέχρι το 55% του βάρους τους σε νερό και μετά να το απελευθερώσουν ανάλογα με τις ανάγκες του φυτού. Αυτό μπορεί να προλάβει το σάπισμα της ρίζας και να μετριάσει περιόδους ξηρασίας.^[6]

Παραπομπές

1. W. R. Grace & Co. Enriching Lives, Everywhere. – Zeolite Structure Αρχειοθετήθηκε 2009-02-15 στο Wayback Machine.. Grace.com. Retrieved on 2010-12-09.
2. Heterogeneous asymmetric epoxidation of cis-ethyl cinnamte over Jacobsen's catalyst immobilized in inorganic porous materials p. 37 [thesis p. 28], § 2.4.1 Zeolites.
3. Βάρβογλης Αναστάσιος, Βάρβογλης Χάρης (9 Μαρτίου 2014). «Ζεόλιθος: ένα ορυκτό, δεκάδες χρήσεις». Το Βήμα. 
4. «"On-Board Oxygen Generating System (OBOGS)." Honeywell». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 10 Σεπτεμβρίου 2011. Ανακτήθηκε στις 18 Μαΐου 2014. 
5. «Ζεόλιθος ιδιότητες, δοσολογία και παρενέργειες». 
6. «Using Zeolites in Agriculture» (PDF). Ανακτήθηκε στις 28 Μαρτίου 2014.