沸石的結構

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簡介

“沸石”是具有三維結構的“結晶固體”。它是“矽鋁酸鹽”的結晶形式，具有“微孔性質”。它們上面有微小且固定的孔洞，有助於分子的透過。它們也被稱為“分子篩”，原因是較大的分子無法穿過它們。

關於沸石的資訊

“沸石”被歸類為“四面體幾何”物質，其結構描述了水在這些孔隙中的自由運動。在“分子水平”上觀察到的沸石中的微孔被用作“分子篩”。“微孔沸石”可以容納水分子的。孔隙由“帶正電的離子”組成，例如鈣陽離子以及孔隙內的陽離子。

“沸石”本質上是微孔的，被稱為“矽鋁酸鹽的三維結晶固體”。結構框架需要三個主要成分。鋁、矽和氧是建立“結構框架”的三個主要成分。

沸石結構

“沸石”的結構證明它與最常見的“粘土礦物”具有相似的組成。造成這種情況的原因是沸石和粘土礦物都以“鋁矽酸鹽”化合物的形式而聞名。這裡的重要因素

是沸石不包含像粘土礦物所包含的晶體那樣的結構。

圖 1 - 沸石結構

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大多數礦物粘土都顯示出一個特徵，該特徵描述了它們膨脹的能力。當水分離它們時，它們也能夠收縮。相比之下，可以看出沸石的晶體結構具有“剛性”。該結構以其網路而聞名，這些網路被視為“微小的微孔”。

沸石的型別

沸石可以工業化生產或合成，也可以天然生成。自然界中存在 50 種不同的沸石型別，但它們被分為兩大部分，即“天然沸石和合成沸石”。天然沸石可以出現在沉積岩和火山岩中。這種沸石最常見的例子是“斜發沸石”，其中“二氧化矽與氧化鋁的比率為 5 比 1”。

圖 2 - “脫水沸石結構”

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“天然沸石”的一個例子是

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

“合成沸石”通常透過緩慢的結晶過程製成。這裡“矽鋁凝膠”很重要，它在“鹼和有機模板”的存在下發生。

沸石的化學成分

所有沸石都包含“鋁矽酸鹽骨架”，其中鋁和矽被視為“四面體連線”。四個 $\mathrm{O_{2}}$- 被鋁和矽的陽離子包圍 (usgs, 2022)。成分的通用公式為 -

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

此表示式表明沸石包含不同的“化學成分”，在表示式中

"M" 是金屬，"n" 指的是“金屬陽離子的化合價”，“y” 是水分子的數量，而“y/x” 指的是“原子 Si/Al”的比率。

沸石的性質

"沸石"具有一些性質，它們是

• 這些被稱為具有高度穩定性質的固體。

• 沸石的高熔點為“1000°C”。

• 它不能溶解在水以及其他無機化合物中。

• 當溶劑中存在氧氣時，它們不會被氧化。

• 它具有類似於“開放籠”的結構，有助於區分鉀和鈣離子的捕獲。

• “合成沸石”的生產是在“均勻孔徑”的存在下發生的。

• “天然沸石”以“非均勻孔徑”的形式存在。

• 富含氧化鋁的沸石會吸引極性分子，如水。

• 它們具有非反應性，可以從天然存在的礦物中提取。

• 它們對環境無害

沸石的應用

“沸石”有幾種應用，它們列在下面

• 它以“離子交換床”的形式用於水淨化。

• 不同的家用和工業應用，以及軟化水，都應用了它。

• 沸石通常用於化學領域分離分子。

• 使用沸石進行分子的分析。

• 它們也用作催化劑和吸附劑。

• 它還可以提供準確和精確的氣體分離。

• 沸石有助於去除天然氣流中的二氧化碳、水和二氧化硫。

結論

“沸石”與“粘土礦物”具有相似的特徵，但它們不包含與粘土礦物相同的“晶體狀結構”。沸石的結構具有剛性，並且屬於“水合礦物”的範疇。沸石以其離子交換能力而聞名，並且會經歷可逆的水合過程。沸石的性質也有助於區分結構和化學物質。

常見問題解答

1. 沸石是如何形成的？

它由“鋁、氧和矽”組成，使沸石具有“結晶固體結構”。這裡的結構形成了帶有通道和空腔的框架。水、陽離子和小型分子位於沸石之下。

2. 沸石是否有任何有害影響？

它可能對人類健康有害，並且被歸類為“致癌物或潛在致癌物”。例如，天然存在的“埃里昂石”會導致癌症。

3. 沸石過濾哪些金屬？

"鉛和鎘”是可以被沸石過濾的兩種金屬。它還可以有效去除酸性金屬的毒性作用。