陳智威

摘要：眾所周知，沸石被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及科研、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，下面本文主要簡(jiǎn)單描述沸石這種新型的化工材料，意在為高中的化學(xué)教師提供一定的參考意見。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；化工新材料；沸石

【分類號(hào)】G633.8

分子篩有比較均衡的微孔，且其孔徑跟普通的分子大小差不多，其是一種吸附劑或者是薄膜類的物質(zhì)。依據(jù)它的孔徑，可以對(duì)大小不同的流體分子進(jìn)行篩分，這也就是分子篩的作用。很多物質(zhì)都具有這種作用，比如合成的沸石和天然沸石、一些無(wú)機(jī)物薄膜以及微孔玻璃等等。但是在這些物質(zhì)當(dāng)中，應(yīng)用得最為廣泛的就是沸石，它的化學(xué)構(gòu)成是這樣的： 。

在這項(xiàng)公式當(dāng)中，M（I）與M（II）這兩者分別表示的是一價(jià)金屬和二價(jià)金屬，一般是鈉、鉀、鈣等，而n則表示的是沸石其硅鋁比，通常來(lái)講是這樣的：2～10：m=0～9。

一、沸石的構(gòu)造

（一）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

沸石主要是將硅氧四面體以及鋁氧四面體作為骨架結(jié)構(gòu)的一種鋁硅酸鹽，硅或者是鋁它們的原子處于四面體的體心當(dāng)中，跟四個(gè)氧原子相鏈接。因?yàn)殇X原子表現(xiàn)出的是三價(jià)，在鋁氧四面體當(dāng)中還有一個(gè)氧原子其負(fù)電荷還沒有被中和，這就造成所有的鋁氧四面體當(dāng)中帶有一個(gè)單位的負(fù)電荷，所以說(shuō)，在鋁氧四面體周圍就一定要有一個(gè)帶有正電荷的金屬的陽(yáng)離子跟鋁氧四面體的負(fù)電荷相抵消。不同的四面體他們之間主要是依據(jù)共用的頂點(diǎn)氧原子來(lái)相互進(jìn)行聯(lián)結(jié)，進(jìn)而產(chǎn)生巨大分子，我們可以將這樣的陰離子骨架比擬成一個(gè)化學(xué)建筑物，而在這個(gè)建筑當(dāng)中所羅列的有不一樣形狀和大小的晶穴，這些晶穴又以其不一樣樣式的孔道融會(huì)貫通，這樣一來(lái)水分子和陽(yáng)離子就能夠根據(jù)孔道來(lái)回于晶穴當(dāng)中，進(jìn)而使其有很大的移動(dòng)性能。當(dāng)對(duì)其進(jìn)行加熱讓水分在沸石當(dāng)中脫離出來(lái)之后，沸石整體的骨架構(gòu)造基本是沒有變化的，從這點(diǎn)上來(lái)看，其跟海綿有很大的相似之處，所以也有人把沸石比喻成“晶體的海綿”。我們遵循由低級(jí)到高級(jí)的這一原則，能夠把沸石的結(jié)構(gòu)分成四級(jí)構(gòu)造單元，一級(jí)的單元是最為基本的一個(gè)四面體，例如像硅氧、鋁氧四面體等；二級(jí)單元是經(jīng)過一級(jí)單元和公用氧相結(jié)合而形成的將硅和鋁最為頂點(diǎn)的一種多元環(huán)，例如像四元環(huán)、六元環(huán)以及十二圓環(huán)等；三級(jí)單元主要是在多元環(huán)的前提下在三維方向中跟氧橋鍵相結(jié)合而產(chǎn)生的一種多面體，例如像立方體和六方棱柱體等；把這些的立方體在三維的方向上憑借氧橋鍵來(lái)聯(lián)結(jié)，就會(huì)產(chǎn)生晶胞，這也就是第四單元。

（二）主要沸石的集中結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在在實(shí)際當(dāng)中運(yùn)用的最為普遍的沸石主要有A型沸石和X型沸石以及Y型的沸石等。

A型沸石其結(jié)構(gòu)跟氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)相似，它理想化的細(xì)胞組成是這樣的： 。

X型沸石跟Y沸石其硅氧骨架的結(jié)構(gòu)是一樣的，排列上跟金剛石構(gòu)造相一致。這兩種沸石主要區(qū)別就是他們當(dāng)中鋁與硅的原子比不一樣。X型沸石其晶胞是這樣構(gòu)成的： ，而Y型沸石其晶胞構(gòu)成是這樣的： 。

二、沸石功能性質(zhì)

（一）離子交換的性能

沸石的這種交換功能是它所有的性能當(dāng)中較為重要的一個(gè)性能。離子在交換的過程當(dāng)中其通式里的 是沸石其陰離子骨架，而A+則是在交換之前沸石里所包括的陰離子，這些陰離子大部分都是鈉離子，相應(yīng)的B+就是在水溶液里的金屬的陽(yáng)離子。

我們從沸石晶格里其晶穴中可以看到，K+和Na+以及Ca2+等等這些的陽(yáng)離子并不能夠十分牢固的跟水分子和骨架進(jìn)行結(jié)合，這就表示其很容易跟存在于四周水溶液當(dāng)中的陽(yáng)離子產(chǎn)生交換的作用，沸石晶格的構(gòu)造依然會(huì)保持原形狀。人們通常會(huì)根據(jù)沸石的這種性質(zhì)來(lái)對(duì)沸石當(dāng)中晶體的電廠和表面酸性進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而將沸石自身具有的吸附以及催化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如說(shuō)，我們將NaA型的沸石轉(zhuǎn)換成KA型的沸石之后，其原本具有的吸氧功能幾乎不見，但是將其轉(zhuǎn)換成CaA型的沸石之后，它就可以對(duì)甲烷進(jìn)行有效的吸附。我們?nèi)绻袾aX型的沸石向CaX型的沸石交換，那么相應(yīng)的其自身具有的水與氨的吸附熱等也會(huì)發(fā)生一些比較顯著的變化。

（二）吸附的性能

沸石其比表面積非常的大，所以說(shuō)沸石的吸附性能非常強(qiáng)。在沸石晶格里面均勻分布的那些晶穴與晶穴之間主要是根據(jù)開口上的通路互相連接，同時(shí)也構(gòu)成了跟外界的溝通。在沸石總體的晶體體積當(dāng)中，晶穴與通道就占據(jù)了一半以上的體積，在這當(dāng)中同時(shí)還存有很多的沸石水。而沸石水的數(shù)量會(huì)因外界濕度以及溫度的改變而發(fā)生變化。

當(dāng)存在于特定的物理化學(xué)條件之下，存在于沸石里部的孔穴與通道的直徑會(huì)相對(duì)固定，一半大致是（3～11）A，但是沸石不同，其直徑也會(huì)不一樣。沸石當(dāng)中孔徑多大就決定了它能夠吸附多大的分子，比孔徑還小的物質(zhì)會(huì)被其吸附，但是比孔徑大的物質(zhì)就會(huì)被剔除出來(lái)，這樣的現(xiàn)象就是分子篩的作用。一般來(lái)講沸石對(duì)不一樣的分子所顯現(xiàn)出來(lái)的吸附能力可以用吸附量來(lái)表示。比如說(shuō)，浙江的一種縉云絲光這種沸石對(duì)二氧化硫以及甲醇等所具有的吸附量就會(huì)不一樣，而且有一些沸石當(dāng)中如果孔徑比較小的話，其就沒有分子篩的作用。

三、沸石的用途

在現(xiàn)如今的社會(huì)當(dāng)中，沸石在很多的領(lǐng)域里都有所涉及和應(yīng)用。在化工領(lǐng)域當(dāng)中，沸石通常被用作干燥劑防止物質(zhì)發(fā)生腐變，此外，沸石還被用作主要是針對(duì)于液體和氣體加以分離并將其進(jìn)行凈化最后提純的吸附分離劑、被用作對(duì)石油進(jìn)行催化的催化裂化劑；在農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域中，沸石通常會(huì)被用于改良土壤劑里有效地改良土壤；在建材工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，沸石會(huì)被用在建筑石料里，用在輕質(zhì)的磚和陶瓷制品里。在環(huán)境保護(hù)方面，還可以用沸石來(lái)對(duì)廢水進(jìn)行有效處理，回收重金屬離子，并將海水有效淡化。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，本文通過對(duì)沸石這種新型化工材料的具體探究，發(fā)現(xiàn)沸石不但具有多種性能，同時(shí)還能夠被廣泛的應(yīng)用在諸多領(lǐng)域當(dāng)中，有效解決我們生活當(dāng)中的一些問題。由此可見，在高中的化學(xué)學(xué)習(xí)中將沸石這種新型的化工材料也引入其中，不但能夠?qū)⒎惺喾N多樣的性能介紹和傳播給學(xué)生，同時(shí)還可以加深學(xué)生對(duì)這種新型化工材料的認(rèn)識(shí)和理解，并能夠意識(shí)到將其應(yīng)用在很多領(lǐng)域當(dāng)中，這適應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展。

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