Zeólito

O que é um Zeólito

O termo zeólito designa qualquer um dos componentes de um grupo de silicatos hidratados (tectossilicatos da família dos zeólitos contendo na sua composição sódio, potássio, cálcio ou bário ou de uma combinação desses elementos. Estes silicatos possuem propriedades especiais que os tornam muito úteis em diversas indústrias, sendo muito utilizados como filtros ou amaciadores de água.

A história dos zeólitos começou em 1756, com a descoberta, pelo mineralogista sueco Axel Fredik Crönsted, de um mineral, a estalbite (NaCa2Al5Si13O36.14H2O), que intumescia quando aquecido por uma chama. A esta família de minerais, chamados aluminossilicatos hidratados, Crönsted deu o nome de zeólitos. A palavra zeólito derivadas palavras gregas zeo e lithos que significa “pedra que ferve”.

Durante muitos anos somente geólogos e mineralogistas se interessavam por estes minerais, tendo sido estes essencialmente usados pela beleza dos seus cristais. O advento dos zeólitos sintéticos e a descoberta de grandes bacias sedimentares veio alterar esta situação, permitindo a sua utilização em numerosas outras aplicações.

Nos princípios do século XX surgiram as primeiras aplicações dos zeólitos em permuta iónica e em adsorção, nomeadamente na secagem de misturas gasosas. No entanto, só no princípio da década de 60, investigadores americanos das sociedades Mobil e Linde, combinando as propriedades de adsorção dos zeólitos com a sua aptidão para permutar os seus catiões de compensação com protões utilizaram, pela primeira vez, os zeólitos num processo catalítico industrial, o cracking catalítico de hidrocarbonetos. O seu impacto na indústria de refinação de petróleo e petroquímica foi enorme.

Um grande número de investigadores lançou-se na tarefa de reproduzir, por síntese, zeólitos naturais em formas mais puras e também sintetizar novos zeólitos com estruturas cristalinas que não tinham equivalente na natureza. A síntese efetua-se por aquecimento em autoclave de soluções de silicatos e aluminatos alcalinos em determinadas condições de temperatura, composição e pressão. A primeira síntese de zeólitos, denominados por P e Q, foi feita por Barrer e, desde então, mais de uma centena de zeólitos foram obtidos, embora só alguns tenham aplicações industriais. No entanto, o campo da síntese permanece aberto, havendo possibilidade de se obter ainda um número mais alargado de estruturas zeolíticas.

Estruturalmente os zeólitos são polímeros cristalinos baseados num arranjo tridimensional de tetraedros do tipo TO4, em que T representa os átomos de silício ou alumínio (SO4 ou AlO4) ligados entre si através de átomos de oxigénio comuns para formar subunidades e, finalmente, enormes redes constituídas por blocos idênticos, denominadas por malhas elementares. A fórmula estrutural dos zeólitos, ou seja, a composição das malhas elementares é do tipo Mx/n(AlO2)x(SiO2)y, onde n é a valência do catião M, x+y o número total de tetraédricos SiO4 ou AlO4por malha elementar e y/x a razão atómica Si/Al, que pode variar desde de 1 (valor mínimo) até infinito.

As cargas negativas dos tetraedros AlO4 são compensadas por catiões, sendo estes Na+, Ca2+, H+, entre outros e são designados como catiões de compensação, que podem ser substituídos por outros por permuta iónica. A posição, o tamanho e o número de catiões podem alterar significativamente as propriedades dos zeólitos.

Quando os catiões são protões H+ significa que são criados centros ácidos de Brӧnsted no zeólito. Os zeólitos com este tipo de catiões são ácidos e catalisam reações de cracking, alquilação, acilação, desidratação e reações de isomerização.

A maior parte dos zeólitos pode ser classificada em três categorias, definidas pelo número de átomos T, em que T é Al ou Si, com 8, 10 ou 12 átomos presentes nas aberturas dos poros mais largos:

  • Zeólitos de poros pequenos: aberturas com 8 átomos T e diâmetros livres de 0,30 a 0,45 nm;
  • Zeólitos de poros intermédios: abertura com 10 átomos T e diâmetros livres de 0,45 a 0,60 nm;
  • Zeólitos de poros largos: aberturas com 12 átomos T e diâmetros livres de 0,60 a 0,80 nm.

É importante notar que a dimensão e a forma dos poros e das aberturas dos zeólitos desempenham um papel importante nas reações que estes catalisam, ao nível da seletividade, atividade e estabilidade.

Para designar as estruturas zeolíticas, a Comissão da “International Zeolite Association” (IZA) definiu um código composto por três letras maiúsculas. Por exemplo, FAU corresponde à estrutura faujasite, à qual pertencem os zeólitos X e Y.

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