Zeolithe

Gliederung Definition Aufbau/Struktur Porenräume und Eigenschaften Natürliche Vorkommen Synthese

Definition (Griechisch:"zeo=ich koche" und "lithos=Stein" ), wasserhaltige, feldspatähnliche Silikatminerale (Gerüstsilikate) mit säulig-nadeliger bis tafeliger Struktur

Aufbau/Struktur Zeolithe sind Gerüstsilikate mit besonders weitmaschigen angelegten Strukturen wie z. B große Hohlräume oder Kanäle. In diesen Zwischenräumen befinden sich große Kationen (Na+ Ca²+ K+) und besonders auch H²O-Moleküle, die als Zeolithwasser bezeichnet werden Zeolithe besitzen poröses, mechanisch und thermisch sehr stabiles Gerüst, das submikroskopisch kleine käfig- oder kanalartige Hohlräume besitzt Tetraedrige Baueinheiten wie Silikat (SiO4)-, Aluminat(AlO4)-, Phosphat(PO4)- Anionen, die in allen drei Raumrichtungen, über Sauerstoffatome verknüpft sind

Nicht-Gerüst-Bestandteile können entfernt oder ausgetauscht werden  Vielfältigkeit interessanter Anwendungen es gibt verschiedene Arten von Ringstrukturen der einfachste ring ist der 4er-Ring etwas größer ist der 6er- Ring der größte Ring ist der 8er-Ring

Strukturtypen Faserzeolithe (lang gezogene Ketten aus 4er-Ringen bilden eindimensionales Struktursystem) Blätterzeolithe (in 2 Richtungen vermaschte Kombinationen bilden zweidimensionales Struktursystem) Würfelzeolithe (in 3 Richtungen vermaschte Kombinationen bilden dreidimensionales Struktursystem)

Porenräume und Eigenschaften genau definierte Porengrößen, die nur bestimmte Moleküle aufnehmen können Porendurchmesser zwischen 0,3 und 0,2 nm Elektrische Leitfähigkeit, hängt von Porengrößen ab (Beweglichkeit der Kationen) Agieren als Ionenaustauscher, Molekularsieb (Adsorber) und Katalysator

Ionenaustauscher positive Ionen in den Porenräumen, z. B Na+, gleichen negative Ladung des Gerüsts aus können durch andere positive Ionen (Beispiel: Pb2+) ausgetauscht werden Entzug unerwünschter Ionen aus einer Lösung  werden im Zeolith gebunden (z. B Schwermetalle)

Molekularsieb Ziel: Trennung zu großer Moleküle aus einer Lösung Ablauf: Molekularsieb wird als Pulver hinzugefügt  Aufnahme der zu trennenden Moleküle Trennung des Molekularsiebs vom Gemisch

Katalysator Allgemein: Beschleunigung von chemischen Reaktionen/ Herabsetzen der Aktivierungsenergie Zeolithe: besitzen 3-fache Wirkung viele Reaktionen an innerer Oberfläche durch großes Porenvolumen durch hohe Variabilität der chemischen Zusammensetzung können reaktive Zentren eingebaut werden (Beispiel: Ti-Atome) gezielte Aufnahme bestimmter Moleküle einer festgelegten Porengestalt  Reaktion

Natürliches Vorkommen Zeolithe kommen häufig in vulkanischen Gebieten vor gut ausgebildete Kristalle füllen Hohlräume od. Klüfte innerhalb magmat., besonders jungvulkanischer Gesteine In winzigen Kriställchen bilden Zeolithe Umwandlungsprodukte von Gesteinsgläsern u. vulkanischen Tuffen, so auf Ozeanboden u. kontinentalen Salzseen Bsp.: ~ in terrestrisch abgelagerten vulkanischen Aschen und Tuffen ~ in Xenolithen ~als primäre gesteinsbildende Minerale…und vieles mehr

Synthese Zur Herstellung von Zeolithen geht man von wässrig-alkalischen Lösungen reaktionsfähiger Silicium- und Aluminiumverbindungen aus Man unterscheidet drei Synthesetypen: Gelsynthese Untersuchung von Mineralien oder Gläsern Synthesen in Gegenwart organischer Kationen

Voraussetzung für die Synthese eines Zeoliths ist bei allen drei Synthesetypen die Bildung des rektionsfähigen Gels Welcher Zeolith aus den Reaktionsmischungen entsteht, hängt von verschiedenen Faktoren ab: von der Zusammensetzung der Reaktionsmischung von der „Reaktivität“ der SiO2- oder Al2O3-Quelle von der Art des Kations von der Keimlösung Synthese läuft ab bei Temperaturen von 80-300°C und Drücken von 1-40 bar und mit chemischen Elementen, die in natürlichen Lösungen vorkommen