To stworzone przez naturę sito molekularne o zadziwiających możliwościach wchłaniania szkodliwych substancji. Mało kto wie, że 0,5 mln ton tego minerału ograniczyło skutki katastrofy w Czarnobylu pochłaniając radioaktywne pierwiastki.

Wykorzystanie tych właściwości dało impuls do stworzenia zeolitów syntetycznych takich ZSM-5 opatentowany w 1978 roku przez firmę Mobil. Dzisiaj nikt nie wyobraża sobie usuwania skutków katastrof ekologicznych bez niego.

Cechą zeolitów jest obecność w ich składzie cząsteczek tzw. wody zeolitowej, która podczas ogrzewania usuwana jest z jego struktury pozostawiając jednak bez zmian otwartą szkieletową konstrukcję kryształu. Taka budowa minerałów zapewnia unikatowe właściwości molekularno-sitowe, sorpcyjne i jonowymienne, które znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach życia.

Zeolity są więc uwodnionymi, krystalicznymi glinokrzemianami metali I i II grupy układu okresowego w szczególności Na, K, Mg, Ca, Sr i Ba. Sieć przestrzenna zeolitu zawiera kanały i łączące się ze sobą komory w których znajdują się kationy i cząsteczki wody. Kationy te są ruchliwe i mogą być łatwo wymieniane na inne kationy.

Wzór ogólny zeolitu:

Me_2/nO * Al₂O₃ * xSiO₂ * zH₂O

Gdzie:

• Me – pozasieciowy kation metaliczny ,
• n – wartościowość kationu,
• x – stosunek molowy SiO₂/Al₂O₃

Syntetyczne glinokrzemiany krystaliczne oraz zeolity naturalne zbudowane są z elementów krzemianowych [SiO₄] i glinianowych [AlO₄]połączonych wspólnymi jonami tlenowymi w poliedry, które są podstawowymi jednostkami budowy przestrzennej zeolitów. Odpowiednio połączone ze sobą tworzą strukturę różnych zeolitów:

• osiem tetraedrów tworzy sześcian;
• dwanaście tetraedrów tworzy piramidę heksagonalną;
• dwadzieścia cztery tetraedry tworzą kubooktaedr.

Różnica w chemicznym składzie tych struktur pojawia się na skutek zastąpienia kationu w położeniu tetraedrycznym np. w licznych krzemianach część jonu krzemu może być zastąpiona przez jony Al3+ co prowadzi do pojawiania się dodatkowego ładunku ujemnego.

Zwykle ten ujemny ładunek jest zobojętniany przez kationy metali z I i II grupy układu okresowego umieszczone w wolnych przestrzeniach struktury.

Kolejnym ważnym elementem struktury sit molekularnych jest ich system kanałów. Wyróżniono trzy typy kanałów:

1. system jednowymiarowych, nieprzecinających się kanałów np. w analcymie
2. system dwuwymiarowych kanałów np. w mordenicie
3. dwa typy trójwymiarowych kanałów:

• podobne kanały o stałych parametrach np. kanały występujące w erionicie, zeolitach X i Y
• kanały, gdzie parametry uzależnione są od kierunku krystalograficznego np. kanały w gmelinicie

Obecność kanałów ma wpływ na właściwości sorpcyjne sit molekularnych. W jednowymiarowym systemie kanałów cząstka może poruszać się tylko w jednym kierunku, w przypadku dwuwymiarowych cząstka migruje w płaszczyźnie, natomiast dla kanałów trójwymiarowych może przenikać w dowolne miejsca kryształu.

Inną cechą charakteryzującą sita molekularne jest ich rozmiar porów. Pory są otworami stanowiącymi wejście do komór w kryształach sit. Ze względu na rozmiary porów sita molekularne dzielimy na:

• wąskoporowate: zawierające pierścienie ośmioczłonowe np. zeolit A, erionit
• średnioporowate: zawierające pierścienie dziesięcioczłonowe np. ZSM-5, ZSM-11
• szerokoporowate: zawierające pierścienie 12-członowe np. zeolity typu X i Y, pierścienie 14-członowe w sitach molekularnych typu AlPO-8.

Klasyfikacja struktur zeolitowych

Podział na typy na podstawie charakteru połączeń tetraedrów (Si, Al.)O₄ w elementy struktury:

• typ sodalitu – podstawowym elementem budowy są kubooktaedry, które połączone ze sobą bezpośrednio ścianami kwadratowymi. Każdy kubooktaedr składa się z 24 jonów (Si, Al.) powiązanych w wierzchołkach z 36 anionami tlenu i zawiera 8 heksagonalnych i 6 kwadratowych powierzchni czołowych.

• Typ A: 0,4 nm, komórka elementarna zbudowana jest z 24 tetraedrów , które są połączone w poliedr mający 6 charakterystycznych płaszczyzn ośmiobocznych. Komórka jednostkowa połączona jest z sąsiednią ścianą kwadratową czteroma mostkami tlenowymi.

• typ fojazytu – komórka elementarna zbudowana jest z tetragonalnie ułożonych jednostek sodalitowych połączonych heksagonalnymi ścianami poprzez sześć mostków tlenowych. Podstawowy poliedr tego typu to poliedr dwudziestosześciościenny, dla którego charakterystyczne są płaszczyzny dwunastoboczne.
  • typ X, 0,9 nm
  • typ Y

• typ chabazytu – w skład tej grupy mają warstwowo ułożone sześcioczłonowe pierścienie glinokrzemianowe. Pierścień taki składa się z sześciu tetraedrów glinokrzemianowych i połączony jest poprzez mostek (Al, Si)-O-Si z analogicznymi pierścieniami w sąsiedniej warstwie.

• typ Mordenitu – składa się z 4- i 5- członowych łańcuchów, powiązanych w taki sposób, że tworzy się ciąg dużych eliptycznych kanałów ułożonych względem siebie równolegle.

• typ Eronitu (strukturalnie podobna do grupy chabazytu)

Ze względu na stosunek Si/Al:

• niskokrzemowe, Si/Al = 1,5
• średniokrzemowe Si/Al = 2÷5
• wysokokrzemowe Si/Al = 10÷100

Wartość tego stosunku jest ważna ponieważ decyduje ona o:

• zdolności jonowymiennych zeolitu
• właściwościach hydrofilowo - hydrofobowych
• dostępności porów i kanalików wewnątrz struktury (zależnej od rodzaju kationów związanych z zeolitem)

Klasyfikacja opierająca się na średnicy otworu wejściowego zeolitu:

Ze względu na pochodzenie

• naturalne
• syntetyczne