Цеолиты
ЦЕОЛИТЫ (от греч. zeo - киплю и lithos - камень: при сильном и быстром нагр. вспучиваются с образованием пузырчатого стекла), прир. и синтетич. алюмосиликаты, кристаллич. структура к-рых образована тетраэдрич. фрагментами [SiO4]4-и [А1О4]5-, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами (окнами) размером 0,2-1,5 нм; в последних находятся молекулы Н2О и катионы щелочных и щел.-зем. металлов, аммония, алкиламмония и др. Цеолиты- нестехиометрич. соед., их составы изменяются в широких пределах, образуя ряды твердых р-ров; общая ф-ла цеолитов:
Впервые цеолиты описаны в 18 в. Известно более
40 минеральных видов прир. цеолитов. Наиб. распространены: анальцим Na[AlSi2О6]
х Н2О; гейландит Ca4[Al8Si28O72]
х 24H2O; клиноптилолит Na6[Al6Si30O72]
х 20Н2О; ломонтит Ca4[Al8Si16048]
х 16Н2О; морденит Na8[Al8Si40O96]
x 28H2O; филлипсит (0,5Са, Na, K)6[Al6Si10O32]
x 12H2O; фожазит Na13Ca12MgL1[Al59Si133O384]
x 235H2O; шабазит Ca2[Al4Si8O24]x
12H2O; эрионит (К2, Са, Mg, Na2)4,5
[AlgSi27O72]
x 28Н2О.
Прир. цеолиты образуют обычно белые, иногда
бесцветные и прозрачные, реже красноватые, коричневые и зеленоватые кристаллы
любых кристаллографич. сингоний. Твердость 5-5,5 (по минералогич. шкале);
плотн. 1,9-2,8 г/см3; предел прочности при сжатии 8-15 МПа;
уд. теплоемкость 0,83-1 кДж/(кг x К), теплопроводность 0,14 Вт/(м x ч x
К). Разлагаются в НС1 с выделением SiO2.
Прир. и синтетич. цеолиты являются молекулярными
ситами, т. е. микропористыми телами, способными избирательно поглощать
в-ва, размеры молекул к-рых меньше размеров микропор (для проникания в
адсорбц. полость молекула адсорбата должна иметь критич. диаметр меньше
размера входного окна). Кристаллохим. особенности, способность к катионному
обмену, потере и поглощению воды и иных молекул без разрушения структурного
каркаса обусловливают и др. св-ва цеолитов, к-рые служат также ионитами и катализаторами.
В пром-сти синтез цеолитов проводят нагр. до 200 °С гелей, образующихся при смешении р-ров NaAlO2 и жидкого стекла (или золя H4SiO4), либо смесей р-ров NaOH с прокаленным каолином. Полученные кристаллы (размер неск. мкм) гранулируют. Синтезировано более 100 разновидностей, среди к-рых особенно широко применяют цеолиты типа А, X и Y (см. Цеолитсодержащие катализаторы); тип А не имеет прир. аналогов, типы X и Y близки фожазиту.
Благодаря указанным уникальным св-вам цеолиты используют в пром-сти для выделения, очистки и синтеза углеводородов (см., напр., Гидроочистка, Катализаторы процессов нефтепереработки, Каталитический крекинг); разделения жидкостей, газов разделения и газов осушки; очистки воды; как наполнители бумаги; при произ-ве цемента и силикатного кирпича; создания глубокого вакуума и др.; в с. х-ве как селективные ловушки для содержащихся в почвах радиоактивных изотопов Sr и Cs; в качестве многолетних ионообменных регуляторов водно-солевого режима почв, пролонгаторов действия водорастворимых удобрений, в виде кормовой добавки к рациону с/х животных; крупные кристаллы и друзы прир. цеолитов- ценный коллекционный материал.
Лит.: Брек Д., Цеолитовые молекулярные сита, пер. с англ., М., 1976; Природные цеолиты, под ред. А. Г. Коссовской, М., 1980; Кельцев Н. В., Основы адсорбционной техники, 2 изд., М., 1984; Барpep P. M., Гидротермальная химия цеолитов, пер. с англ., М., 1985.
А. Н. Сысоев.