Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

ZEOLITHE Ein Vortrag von Julia Kisling, Andreas Haltermann, Pia Tewes.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "ZEOLITHE Ein Vortrag von Julia Kisling, Andreas Haltermann, Pia Tewes."—  Präsentation transkript:

1 ZEOLITHE Ein Vortrag von Julia Kisling, Andreas Haltermann, Pia Tewes

2 Historisches 1756 entdeckte der schwedische Mineraloge Axel Fredrick von Cronstedt eine Gruppe von Silicat- Mineralen, die sich durch eine besondere Eigenschaft hervorhoben: Sie verlieren Wasser wenn sie erhitzt werden, scheinen zu sieden und schmelzen schließlich zu einer weißen Glasperle

3 Definition zeo (griechisch = ich siede) zeo (griechisch = ich siede) lithos (griechisch = Stein) lithos (griechisch = Stein) = Siedestein

4 Steckbrief Farbe:weiß, gelb, braun, rosa Strichfarbe : weiß Härte (Mohs) : 3,5-5,5 Kristallsysteme : monoklin, kubisch, orthorhombisch orthorhombisch Dichte : 2,0-2,5g/cm ³

5 Chemische Elemente in Zeolithen Allgemeine Formel: Mx/n[(AlO 2 )x(SiO 2 )y]. cH 2 O (Ca,Na,K,Ba,Sr,Mg,Cs,Li )a[AlaSib-aO 2 b] ·c H 2 O (Ca,Na,K,Ba,Sr,Mg,Cs,Li )a[AlaSib-aO 2 b] ·c H 2 O Der Teil der Formel in den eckigen Klammern repräsentiert die Gitteratome, der Teil in den runden Klammern die austauschbaren Kationen, der Rest nach dem Punkt die Wassermoleküle. Die Variablen a, b und c hängen von der Zusammensetzung der Zeolithe ab. Der Teil der Formel in den eckigen Klammern repräsentiert die Gitteratome, der Teil in den runden Klammern die austauschbaren Kationen, der Rest nach dem Punkt die Wassermoleküle. Die Variablen a, b und c hängen von der Zusammensetzung der Zeolithe ab. Bei den Gitteratomen, die die AlO 4 - und SiO 4 -Tetraeder des Kristallgitters bilden, können bei natürlichen Zeolithen Aluminium und Silizium teilweise oder ganz durch Phosphor, Beryllium und Zink ersetzt sein. Ungebundene Sauerstoff-Atome an den Tetraedern des Kristallgitters können durch (OH)-Moleküle oder Fluor-Atome ersetzt sein. Bei den Gitteratomen, die die AlO 4 - und SiO 4 -Tetraeder des Kristallgitters bilden, können bei natürlichen Zeolithen Aluminium und Silizium teilweise oder ganz durch Phosphor, Beryllium und Zink ersetzt sein. Ungebundene Sauerstoff-Atome an den Tetraedern des Kristallgitters können durch (OH)-Moleküle oder Fluor-Atome ersetzt sein.

6 Natürliche Vorkommen Nahezu in allen Vulkangebieten der Erde Bsp.: Dekkan Gebiet Indiens, Island, Eifel Basalt-Hohlräume Basalt-Hohlräume Sedimentgesteine Sedimentgesteine

7 Bildung Entsprechend ihres Löslichkeitsproduktes kristallisieren die Ionen bei Abkühlung aus der Lösung aus Entsprechend ihres Löslichkeitsproduktes kristallisieren die Ionen bei Abkühlung aus der Lösung aus abhängig von: abhängig von: ph-Wert, Temperatur, Zusammensetzung der Minerallösung ph-Wert, Temperatur, Zusammensetzung der Minerallösung

8 Bsp. : Lahn Dill-Stilbit und Laumontit NaCa 4 [Al 9 Si 27 O 7 ]·30 H 2 O (Stilbit) Ca 4 [Al 8 Si 16 O 48 ]·16 H 2 O (Laumontit) Ca 4 [Al 8 Si 16 O 48 ]·16 H 2 O (Laumontit)

9 Übersicht Terrestrisch abgelagerte vulkanische Asche und Tuffe Terrestrisch abgelagerte vulkanische Asche und Tuffe Vulkanische See-Sedimente Vulkanische See-Sedimente Lavaergüsse Lavaergüsse Hydrothermal geprägte Basalte Hydrothermal geprägte Basalte Terrestrische heiße Quellen Terrestrische heiße Quellen Hydrothermale Erzgänge Hydrothermale Erzgänge Pegmatite Pegmatite Kontaktmetamorphosen Kontaktmetamorphosen Metamorphe Sedimente Metamorphe Sedimente Alpine Klüfte Alpine Klüfte Submarine heiße Quellen Submarine heiße Quellen Tiefsee-Sedimente Tiefsee-Sedimente

10 Die Zeolithfazies

11 Die metamorphe Fazies ist ein Bereich bestimmter Druck- und Temperaturwerte bei der Metamorphose von Gesteinen. Aus den verschiedenen metamorphen Fazies gehen jeweils unterschiedliche Metamorphite mit charakteristischen Mineralgesellschaften hervor. Die Zeolithfazies repräsentiert die P-T- Bedingungen der niedrigstgradigen Gesteinsmetamorphose

12 Struktur Zeolithe sind aus Kationen und Anionen aufgebaute Salze Besonderheit Kationen - einzelne Teilchen Kationen - einzelne Teilchen Anionen – gitterartige, weit ausgedehnte Alumosilikat-Strukturen komplexe Gerüststruktur mit Poren und Kanälen komplexe Gerüststruktur mit Poren und Kanälen

13 Der Grundbaustein Das einfachste Anion ist das tetraedrisch gebaute Monosilicat-Ion (SiO 4 ) 4-

14 Die Ringstrukturen Die ((SiO 4 ) 4- )- Tetraeder sind über gemeinsame O-Atome verknüpft Die ((SiO 4 ) 4- )- Tetraeder sind über gemeinsame O-Atome verknüpft

15 Die Gerüststruktur Bei Gerüstsilikaten gehört jedes Sauerstoffion gleichzeitig zwei benachbarten Tetraedern an. dreidimensionale dreidimensionale Netzwerkstrukturen. Netzwerkstrukturen. Für weitere Gerüstsilikate wird Si 4+ durch Al 3+ ersetzt Alumosilikate AlumosilikateLadungsausgleich: Einlagerung von Kationen Einlagerung von Kationen

16 Verschiede Erscheinungsformen des Habitus: Stilbit aus Indien Chabasit aus der Slowakei Natrolith aus Polen Würfelzeolith Blätterzeolith Faserzeolith

17 Poren und Kanäle Durch die Ringbildung des Grundbausteines (Al,Si)O 4 entstehen im Zeolith-Kristallgitter Hohlräume. Die einfachste Form ist hierbei ein Kanal Durch die Ringbildung des Grundbausteines (Al,Si)O 4 entstehen im Zeolith-Kristallgitter Hohlräume. Die einfachste Form ist hierbei ein Kanal Teile des Zeolith-Kristallgitters enthalten nicht geschlossene Hohlräume, sogenannte Käfige Teile des Zeolith-Kristallgitters enthalten nicht geschlossene Hohlräume, sogenannte Käfige

18 In wasserhaltigen Zeolithen liegen häufig Kationen in gelöster Form in den Kanälen vor.

19 Eigenschaften regelmäßige Anordnung von Hohlräumen und Kanälen regelmäßige Anordnung von Hohlräumen und Kanälen große innere Oberfläche große innere Oberfläche Anionische Gerüstladung durch Aluminiumatome Anionische Gerüstladung durch Aluminiumatome Kationen an innerer und äußerer Oberfläche Kationen an innerer und äußerer Oberfläche In wasserhaltigen Zeolithen liegen diese Kationen häufig in gelöster Form in den Kanälen vor In wasserhaltigen Zeolithen liegen diese Kationen häufig in gelöster Form in den Kanälen vor leichte Modifizierung leichte Modifizierung spezifische Ionenaustausch-, spezifische Ionenaustausch-, Adsorptions- und Hydratationsfähigkeit

20 Synthetische Zeolithe werden aus stark alkalischen, wässrigen Lösungen von Silicium- und Aluminiumverbindungen hergestellt werden aus stark alkalischen, wässrigen Lösungen von Silicium- und Aluminiumverbindungen hergestellt

21 Bsp : ZSM-5 Zeolite Socony Mobil - besonderes strukturelles Merkmal sind fünfgliedriges Ringe, deren Anordnung zu einer Gitterstruktur mit zehngliedrigen Ringen führt. - geradlinige Kanäle mit Durchmesser von 5.1 Å x 5.6 Å senkrecht zu zickzackförmig verlaufenden Kanälen mit einem Durchmesser 5.4 Å x 5.6 Å

22 Industrielle Verwendung Drei wichtige Anwendungen : (1) Ionentauscher z.B. Säuberung von Industrie– z.B. Säuberung von Industrie– abwässern, Wasserenthärtung abwässern, Wasserenthärtung (2) Trocknen z.B. von verflüssigtem Erdgas (für z.B. von verflüssigtem Erdgas (für den Transport) den Transport) (3) Molekulares Sieb z.B. Trennung von Molekülen bzgl. Ihrer z.B. Trennung von Molekülen bzgl. Ihrer Größe Größe

23 Ionentauscher Verbindungen mit Gerüststruktur, deren Verbindungen mit Gerüststruktur, deren Gerüst Ionenladung trägt. Gerüst Ionenladung trägt. In den Hohlräumen befinden sich neben In den Hohlräumen befinden sich neben Wasser die beweglichen Gegenionen Wasser die beweglichen Gegenionen

24 Synthese von Zeolithen Synthese von Zeolithen Bsp. 1:Hydrothermal-Verfahren : Si(OH) 4 + Na[Al(OH) 4 ] Si(OH) 4 + Na[Al(OH) 4 ] Na[AlSiO 4 ] + 4H 2 O Na[AlSiO 4 ] + 4H 2 O Die Reaktion läuft unter hohem Druck und hoher Temperatur ab, wodurch die Kondensationsprozesse der Kieselsäure begünstigt werden. Die Reaktion läuft unter hohem Druck und hoher Temperatur ab, wodurch die Kondensationsprozesse der Kieselsäure begünstigt werden. Nachbildung der geologischen Situation der Gesteins/Kristallbildung Nachbildung der geologischen Situation der Gesteins/Kristallbildung

25 Bsp1:Hydrothermal-Verfahren (1) Halterung (2) Impfkristall (3) Autoklav (Stahlbehälter) (4) wässrige, gesättigte Lösung Lösung (5)Ausgangsverbindungen Rohmaterial

26 Bsp.2:Templatsynthese Bei dieser Art der Synthese verwendet man große Kationen, um die sich das Gerüst des Zeolithen aufbaut. Durch Variation der (organischen) Substituenten kann die Größe der Zeolithporen gezielt gesteuert werden. Das Kation dient somit als Schablone (= engl. template).

27 Zeolith-artige Materialien anderer chemischer Zusammensetzung Bsp.1:Eis Bsp.1:Eis

28 Bsp.2:AktivkohleEntstehung Erhitzung von organischen Materialien (Holz, Torf) unter Luftausschluss im Beisein von Phosphorsäure oder Zinkchlorid Erhitzung von organischen Materialien (Holz, Torf) unter Luftausschluss im Beisein von Phosphorsäure oder Zinkchlorid Porenbildung PorenbildungVerwendung Wegen ihrer großen Oberfläche kann Aktivkohle andere Stoffe physikalisch adsorbieren Entfernung von Verunreinigungen aus Lösungen Entfernung von Verunreinigungen aus Lösungen Filtermaterial in Gasmasken Filtermaterial in Gasmasken

29 Quellenangaben Charles E. Mortimer; Chemie, 8. Aufl., Thieme Charles E. Mortimer; Chemie, 8. Aufl., Thieme didaktikchemie/umat/ zeolithe/zeolithe.htm ; , 23:43Uhr didaktikchemie/umat/ zeolithe/zeolithe.htm ; , 23:43Uhr Okrusch Matthes; Mineralogie, 7. Aufl., Springer Okrusch Matthes; Mineralogie, 7. Aufl., Springer Walter Schuhmann; Steine und Mineralien- Führer, 7. Aufl., BLV Walter Schuhmann; Steine und Mineralien- Führer, 7. Aufl., BLV Skript zur Vorlesung Allgemeine Chemie; Prof. R. Fischer, RUB, 2005 Skript zur Vorlesung Allgemeine Chemie; Prof. R. Fischer, RUB,


Herunterladen ppt "ZEOLITHE Ein Vortrag von Julia Kisling, Andreas Haltermann, Pia Tewes."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen