沸石的结构

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简介

“沸石”是具有三维结构的“结晶固体”。它是“硅铝酸盐”的结晶形式，具有“微孔性质”。它们上面有微小且固定的孔洞，有助于分子的通过。它们也被称为“分子筛”，原因是较大的分子无法穿过它们。

关于沸石的信息

“沸石”被归类为“四面体几何”物质，其结构描述了水在这些孔隙中的自由运动。在“分子水平”上观察到的沸石中的微孔被用作“分子筛”。“微孔沸石”可以容纳水分子的。孔隙由“带正电的离子”组成，例如钙阳离子以及孔隙内的阳离子。

“沸石”本质上是微孔的，被称为“硅铝酸盐的三维结晶固体”。结构框架需要三个主要成分。铝、硅和氧是创建“结构框架”的三个主要成分。

沸石结构

“沸石”的结构证明它与最常见的“粘土矿物”具有相似的组成。造成这种情况的原因是沸石和粘土矿物都以“铝硅酸盐”化合物的形式而闻名。这里的重要因素

是沸石不包含像粘土矿物所包含的晶体那样的结构。

图 1 - 沸石结构

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大多数矿物粘土都显示出一个特征，该特征描述了它们膨胀的能力。当水分离它们时，它们也能够收缩。相比之下，可以看出沸石的晶体结构具有“刚性”。该结构以其网络而闻名，这些网络被视为“微小的微孔”。

沸石的类型

沸石可以工业化生产或合成，也可以天然生成。自然界中存在 50 种不同的沸石类型，但它们被分为两大部分，即“天然沸石和合成沸石”。天然沸石可以出现在沉积岩和火山岩中。这种沸石最常见的例子是“斜发沸石”，其中“二氧化硅与氧化铝的比率为 5 比 1”。

图 2 - “脱水沸石结构”

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“天然沸石”的一个例子是

$$\mathrm{"Na_{56}(AlO_{2})_{56}(SiO_{2})136.250H_{2}O(方沸石)"}$$

“合成沸石”通常通过缓慢的结晶过程制成。这里“硅铝凝胶”很重要，它在“碱和有机模板”的存在下发生。

沸石的化学成分

所有沸石都包含“铝硅酸盐骨架”，其中铝和硅被视为“四面体连接”。四个 $\mathrm{O_{2}}$- 被铝和硅的阳离子包围 (usgs, 2022)。成分的通用公式为 -

$$\mathrm{"Mx/n[AlO_{2}]x.(SiO_{2})y.mH_{2}O"}$$

此表达式表明沸石包含不同的“化学成分”，在表达式中

"M" 是金属，"n" 指的是“金属阳离子的化合价”，“y” 是水分子的数量，而“y/x” 指的是“原子 Si/Al”的比率。

沸石的性质

"沸石"具有一些性质，它们是

• 这些被称为具有高度稳定性质的固体。

• 沸石的高熔点为“1000°C”。

• 它不能溶解在水以及其他无机化合物中。

• 当溶剂中存在氧气时，它们不会被氧化。

• 它具有类似于“开放笼”的结构，有助于区分钾和钙离子的捕获。

• “合成沸石”的生产是在“均匀孔径”的存在下发生的。

• “天然沸石”以“非均匀孔径”的形式存在。

• 富含氧化铝的沸石会吸引极性分子，如水。

• 它们具有非反应性，可以从天然存在的矿物中提取。

• 它们对环境无害

沸石的应用

“沸石”有几种应用，它们列在下面

• 它以“离子交换床”的形式用于水净化。

• 不同的家用和工业应用，以及软化水，都应用了它。

• 沸石通常用于化学领域分离分子。

• 使用沸石进行分子的分析。

• 它们也用作催化剂和吸附剂。

• 它还可以提供准确和精确的气体分离。

• 沸石有助于去除天然气流中的二氧化碳、水和二氧化硫。

结论

“沸石”与“粘土矿物”具有相似的特征，但它们不包含与粘土矿物相同的“晶体状结构”。沸石的结构具有刚性，并且属于“水合矿物”的范畴。沸石以其离子交换能力而闻名，并且会经历可逆的水合过程。沸石的性质也有助于区分结构和化学物质。

常见问题解答

1. 沸石是如何形成的？

它由“铝、氧和硅”组成，使沸石具有“结晶固体结构”。这里的结构形成了带有通道和空腔的框架。水、阳离子和小型分子位于沸石之下。

2. 沸石是否有任何有害影响？

它可能对人类健康有害，并且被归类为“致癌物或潜在致癌物”。例如，天然存在的“埃里昂石”会导致癌症。

3. 沸石过滤哪些金属？

"铅和镉”是可以被沸石过滤的两种金属。它还可以有效去除酸性金属的毒性作用。