沸石的结构
沸石矿床主要是由火山玻璃质在碱性水介质的作用下,经过水化、水解和结晶等反应生成。
沸石矿床的矿石主要是沸石,同时有多种类型沸石伴生,如伊利石、蒙脱石、石英等。
目前被广泛应用的沸石有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、钙沸石和铁沸石等。
从内部微观结构看,沸石是一种含水架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体,有自然界天然存在的也有人工合成的。
理想的沸石化学式可表示为M x/y Al x Si Y O2(x+y)P·H2O,式中,M为碱金属(如Na、K、Li)和碱土金属(如Ca、Mg、Ba、Sr)。
沸石的化学成分一般可认为是由Al2O3、SiO2、H2O和金属阳离子四部分构成,其中Al2O3、SiO2两种成分约占沸石矿物总量的80%。
在不同的沸石矿物中,硅和铝的含量比例不同,且其比例大小的不同将引起沸石的某些特性变化,如离子交换性和耐酸性能等。
沸石的骨架结构是指由氧、硅和铝三种原子构成的复杂三维空间结构。
结构基本单元是由一个硅或铝原子为中心、四个氧为顶点而形成的硅(铝)氧四面体。
在这种四面体中,中心是硅(或铝)原子,每个硅(或铝)原子的周围有4个氧原子、各个硅氧化四面体通过处于四面体顶点的氧原子相互连接起来,各四面体连接成环状,形成沸石的次级结构单元;沸石的结构中有时还有其他多面体,可以连接成多元环,他们是沸石结构的三级单元。
作为次级和三级单元的各种环以整体形式相互连接,就形成了沸石的骨架。
沸石骨架结构中存在着空洞和孔道,晶穴的体积约为总体积的40%~50%,独特的晶体结构
使其具有大量均匀的微孔,孔径大多在1nm以下。
其均匀的微孔与一般物质的分子大小相当。
各种沸石都有自己特定形状和大小的空洞和孔道。
一般人工合成的沸石具有形状规整,大小均匀的空洞和孔道,能够吸附和截留特定形状和大小的分子,因此又叫分子筛;而天然沸石的孔道常有扭曲,空洞大小分布也不均匀。