Zeolita

Zeolitak metal alkalino edo lurralkalinoen zenbait aluminosilikato hidratatu mikroporotsuak dira, normalean ioi-trukatzaile, molekula-bahe, adsorbatzaile eta katalizatzaile moduan erabiltzen dira.^[1] Zeolita terminoa Axel Fredrik Cronstedt mineralogistak 1756. urtean ezarri zuen. Fredrik-ek materiala azkar berotzean (estalbita zela pentsatzen zuen), ur bapore kantitate handiak askatu zirela behatu zuen, mineralak aurretik adsorbatutako uraren ondorioz, gero hoztean airean dagoen ura xurgatzen du bere kristal egituraren itxura aldakuntzarik gabe mantenduz. Hori dela eta, mineralari zeolita izena eman zion, greziarretik ζέω (zéō) irakite eta λίθος (líthos) harria esan nahi duela. ^[2]

Zeolitek katioi (${\displaystyle {\ce {Na+, K+, Ca^{2+}, Mg^{2+}}}}$) askorekin egokitu daitekeen egitura porotsua daukate. Ioi hauek modu eraginkorrean mantentzen dira eta modu erraz batean beste ioiekin trukatu ahal dira disoluzioan. Ioi trukea egiten duten zeolita hauek pH desberdinetan lan egiten dute eta katalisi azidoetan baliagarriak dira.

Zeolitak aluminiosilikatoak dira (${\displaystyle {\ce {AlO4^{5-}}}}$eta ${\displaystyle {\ce {SiO4^{4-}}}}$) eta solido mikroporotsuen familiakoak dira. Bahe molekular izenaz ezagutzen dira, eta neurri handi batean Si, Al, O eta Ti, Sn Zn metaletan oinarritzen dira, bere formula orokorra

${\displaystyle {\ce {M_{x/n}[(AlO2)_{x}(SiO2)_{y}]*mH2O}}}$izanik. Bahe molekular terminoa material hauen propietate bati egiten dio erreferentzia; hau da, molekulak tamainaren arabera modu selektiboan banatzen dituztelako. Hau egitura molekular porotsua oso erregularra delako ematen da. Zeoliten poroetatik zehar sar daitezkeen espezie molekular edo ionikoen tamaina maximoa, zeolitaren kanalen dimentsioen menpe dago.

Orokorrean eraztunak erakusten duen tamainaren arabera definitzen dira; adibidez, “8-eraztun” terminoa modu tetraedrikoan koordinatzen diren 8 oxigeno atomo eta 8 silizio atomori egiten dio erreferentzia. Horrek, begizta itxi egitura osatzen du.

Eraztun hauek ez dira beti simetrikoak izaten egitura osoa eratzeko beharrezkoak diren unitateen artean sortutako tentsio induzitua edo eraztuna eratzen duten katioi hauen alboetan dauden oxigeno atomoen koordinazioa dela eta. Horren ondorioz, zeolitaren poro askok ez dute forma zilindrikoa.

Zeolita-hobi handienak errauts bolkaniko feltsiko alteratuen fluxu-geruzetan eta horiekin zerikusia duten arroka bolkanikoetan aurkitzen dira. Zeolitizazioa, lurpeko uren iragazpena, zirkulazio-sistema hidrotermal baten edo ukipen-metamosfismoaren ondorioz ematen da. Aintzira gazietan jalkitako errauts bolkanikoek ere zeolita-alterazioa jasateko joera handia dute.

Zeoliten konposizioa jatorrizko arrokaren kimikaren araberakoa da. Silizio gutxi duten arroka mafikoetan eratzen diren zeolitek Si:Al proportzio txikia dute. Silizio asko duten zeolitak arroka feltsiko altuetan agertu ohi dira. Tarteko Si:Al proportzioa duten zeolitak askotariko konposizioa duten arroketan aurkitzen dira.

Aire zabaleko meategi teknikak erabiltzen dira zeolita naturalak erauzteko. Estaltze materiala kentzen da mineralera heltzeko eta traktoreak erabilita hau zulatu eta birrintzen da. Gero, lehortu egiten da eta material mehearen erauzketa burutzen da.  

Industriarako garrantzitsuak diren zeolitak era sintetikoan ere ekoizten dira. Zeolitak sortzeko prozesu ohikoen artean, aluminio edo silize disoluzio urtsuak sodio hidroxidoarekin berotzean datza. Aluminioa eta silizea Lurreko mineral osagai ugarienetarikoak direnez, zeolitak sortzeko aukera mugagabea da.

Bestetik, zeoliten sintesia burutzeko prozesurik garrantzitsuenetariko bat sol-gel sintesia da; molekula txikietatik hasita material solidoak eratzeko prozesua. Zeolitaren sintesia kristalizazio prozesu baten bitartez burutzen da. Gel amorfo bat erabiltzen da horretarako, zein despolimerizatu eta disolbatu egiten den silikato eta aluminato konposatuak askatuz. Askatutako konposatu hauek berrantolatzen dira zeolitaren egitura kristalinoa sortuz.^[3]

Gainera, zeolitak kimikoki interesgarriak eta aktiboagoak egiteko, beste atomo erabilita hauek eratzea posiblea da. Heteroatomo hauen adibide batzuk germanioa, galioa, boroa, zinka, titanioa, burdina eta eztainua dira.^[4]

Zeolita sintetikoak era naturalean eratzen direnekin alderatuta zenbait abantaila dituzte. Modu sintetikoan ekoizten direnak, uniformeki eta egoera puruan ekoizten direlako. Gainera, naturan eratzen ez diren zeolita egiturak garatzea ere posiblea izan daiteke. Esate baterako, A zeolita dugu adibide.

Zeoliten erabilera nagusienetariko bat ioi-trukatzaile gisa jokatzea da. Edateko ura zein ur komertzialen purifikazioa egiteko baliogarriak dira, ura biguntzeko ere erabiltzen dira.

Kimikan, molekulen banaketarako erabiltzen ohi dira. Gasen bereizketa zehatza eta espezifikoa egiteko gaitasuna dute, gas-natural korronteetatik ${\displaystyle {\ce {H2O, CO2}}}$ eta ${\displaystyle {\ce {SO2}}}$gasak eliminatzen dituzte. Gas nobleak, ${\displaystyle {\ce {N2, O2}}}$eta formaldehidoak ere banatzeko gai dira zeolitak.

Zeolita sintetikoak, beste zenbait material mesoporotsu bezala, orokorrean katalizatzaile gisa erabiltzen ohi dira petrokimikaren industrian. Zeolitek, oso txikiak diren guneetan paketatzen dituzte molekulak, ondorioz egitura eta erreaktibitate aldaketak ematen dira.

Zeolitak, hondakin nuklearren birprozesamendu metodo aurreratuetan erabiltzen dira. Haien ahalmen mikroporotsua dela eta, ioi batzuk bere egituran bertan harrapatuta gelditzea eta aldi berean, beste batzuk egitura hau zeharkatzeko gaitasuna erakusten dute. Jokabide honek, fisioen ondorioz eratzen diren produktuak modu eraginkorrean eliminatzeko balio du.

Zeolitak eguzki biltzaile termiko eta adsortzio hozte-sistema gisa erabili ahal dira. Aplikazio hauetan zeolitek dituzten abantaila guztiak aprobetxatzen dira, hala nola, hidratatzeko eta deshidratatzeko gaitasuna egitura estrukturala aldaketa barik mantenduz. Horrela, bero hondakin eta eguzki-energia termikoa biltzeko baliagarriak dira.

Asfalto ekoizpenean gehigarri bezala erabiltzen dira zeolita sintetikoak. Ekoizpen prozesuan tenperatura txikitzen laguntzen dute eta ondorioz, erregai-fosil gutxiago kontsumitzen dira, karbono dioxido gutxiago askatuz.

Zeolitak, zilarrari era naturalean argia igortzen laguntzen dio, hauek argiztatze teknologia berrien garapena ekar ditzake, argi fluoreszenteak edo LED argien osagarriak izateko baita ordezkatzeko ere.^[5]

Ikerketa arloan aplikazio ugari garatu dira zeolitekin, batez ere biokimika eta biomedikuntza adarretan.^[6]

Zeolita bahe molekular gisa erabiltzen da airetik oxigeno purifikatuta eratzeko, ez-purutasunak harrapatzeko duen ahalmena erabiliz hain zuzen ere. Prozesu honen bidez nitrogenoaren adsortzioa suertatzen da.

Nekazaritzan, clinoptilolita zeolita naturala lurrak tratatzeko erabiltzen da, honek askapen geldoko potasio iturriaz hornitzen du lurra. Zeolitek ur moderatzaile gisa joka dezakete, zeintzuk bere pisuaren %55 uretan absorbatuko dute, gero landareen beharren arabera pixkanaka askatuko dena.