Para poder dar una definición sobre lo que es una zeolita, debemos hacerlo desde dos ámbitos diferentes; comenzando desde un punto de vista geológico, las zeolitas son minerales de origen volcánico, formados a partir de la deposición de ceniza volcánica sobre lagos con aguas alcalinas, estas son llamas zeolitas naturales, como vemos en la figura 1.
Desde el otro punto de vista, un concepto más químico, las zeolitas son una clase de aluminosilicato cristalino basado en un esqueleto aniónico, con cavidades y poros bien definidos.
Las zeolitas también pueden ser de origen sintético, donde teniendo en cuenta diferentes factores como la relación Si/Al, fuentes de los precursores, tiempos de envejecimiento y temperatura y pH, podemos controlar las propiedades como el tamaño del poro y la morfología, los cuales se encuentran ligados con la aplicación de la zeolita. Según el tamaño del poro se puede dar un tipo de clasificación de las zeolitas como se ve en la tabla 1.
Tabla 1. Clasificación basada en el tamaño de los poros
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Zeolita |
Tamaño del poro (Å) |
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LTA |
4 |
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ZSM-5 |
5 |
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MFI |
6 |
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Faujasita |
8 |
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VFI |
13 |
Estos poros en el interior de las zeolitas les confieren áreas superficiales muy grandes; esto las convierte en un poderoso adsorbente de moléculas que puedan quedar retenidas en el interior de las cavidades.
Aplicaciones de las Zeolitas
Las zeolitas tienen muchas aplicaciones, cada uno de estos depende de la estructura de estas. A continuación, mostraremos algunas de estas.
Intercambiador de iones
En este campo las zeolitas se
emplean como ablandadores de aguas duras, dado que los cationes metálicos que
estabilizan la carga de las zeolitas se pueden reemplazar por otros cationes
presentes en el agua. La zeolita A es la que se emplea para este fin, dado que
puede intercambiar los cationes de Na+ por Ca+ presentes
en las aguas duras. En la actualidad se añaden zeolitas a los detergentes como
reemplazo de los fosfatos, produciendo un mejor daño ecológico.
Agentes deshidratantes
Gracias a que las zeolitas tienen moléculas de agua coordinadas con los cationes intercambiables en su estructura. Estas moléculas de agua se pueden liberar fácilmente cuando la zeolita es sometida a calentamiento al vacío. Las zeolitas que han perdido agua actúan como desecantes, estas pueden adsorber agua para volver a su estado inicial.
Adsorbentes
Cuando las zeolitas pierden agua, tienen estructuras porosas muy abiertas, y por ende áreas superficiales muy grandes. Estas zeolitas deshidratadas tienen la capacidad de adsorber muchas otras sustancias en gran cantidad; el tamaño del poro determina el tipo de sustancia que podrá ser adsorbida por la zeolita. Después de cada uso, las zeolitas pueden regenerarse mediante calentamiento u otro tipo de tratamientos.
Las zeolitas que se emplean como tamices moleculares no presentan un gran cambio estructural al momento de perder moléculas de agua; pero los cationes metálicos si pueden cambiar de posición. Algunas zeolitas se mantienen estables tras la deshidratación y son resistentes a las altas temperaturas (700°C) como es el caso de la zeolita LTA.
Catalizadores
Las zeolitas con realmente útiles en varias reacciones importantes relacionadas con moléculas orgánicas. Las zeolitas pueden mejorar un inmenso número de reacciones catalíticas, incluyendo reacciones acido base y algunas reacciones con metales.
Las zeolitas pueden ser catalizadores con selectividad de forma. La catálisis selectiva de forma constituye un método con muchas posibilidades basado en el control sobre las moléculas que tienen acceso al interior de los poros de la zeolita, que es donde se produce la reacción que se intenta mejorar.
Esta propiedad catalítica de las zeolitas sumada a su capacidad de ser producida en gran cantidad es lo que permite que estas sean uno de los catalizadores mas importantes y valiosos de la industria química y petrolera en el mundo.
