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沸石百科

沸石是由什么成分和结构组成的?

作者:admin日期:2018-06-14阅读
  沸石是一族具架状结构的多孔性含水硅酸盐矿物的总称,包括30多种含沸石水的钙、钠、钡、钾的铝硅酸盐矿物,其化学通式为:x[(M+,M2+1/2) AlO2]·y(SiO2)·zH2O式中M+和M2+代表碱金属和碱土金属离子。由此看出,沸石的化学成分实际上是由SiO2、Al2O3、H2O和碱或碱土金属离子四部分组成。
  沸石的矿物组成,除含沸石矿物(如斜发沸石、丝光沸石、菱沸石等其它种类沸石)外,伴生的矿物还有石英、玉髓、蛋白石、方英石、蒙脱石、高岭石、长石、云母、绿泥石等矿物以及晶屑、玻屑和岩屑等。
所有的沸石都可用以下通式表示:
Mn/2O·Al2O3·xSiO2·yH2O
  式中M为碱或碱土金属,称为沸石中的阳离子,n为其电价,x为硅铝比。用金属的盐溶液处理沸石时,沸石中的阳离子可与溶液中的阳离子互相交换,这是沸石的重要特性。
各种沸石之间的差别在于它们的骨架结构。“骨架”一词是指由氧、硅和铝三种原子构成的三维空间结构,不包括阳离子和水。沸石骨架结构中的基本单元是由4个氧原于和一个硅或铝原子堆砌而成的四面体,如图1所示。在这个单元中,氧原子半径为1.31Å,硅或铝原子比氧原于小得多,处在氧原子与氧原于的空隙中。所以氧原子的堆积方式是沸石骨架结构的决定因素。
(○氧;●硅或铝)
图1骨架结构的基本单元
Fig. 1The basic unit of framework structure

  沸石中由四面体连结而成的次生结构单元有四元环、五元环、六元环、…、十二元环,以及双四元环和双六元环等。
四面体相连接时有两条原则;
① 四面体之间只能共顶点,而不能共棱或共面;
② 含铝的四面体只能与含硅的四面体相连接,而不能与含铝的四面体相连接。
下图2为4个四面体连接成四元环的例子。4个四面体的棱面围成一个正方形,中间是空的,所以称为“环”。
图 2  沸石中的四元环
Fig. 2  Four-membered ring in zeolite