زيوليت

الزيوليت (Zeolite) هو نوع من أحجار سيليكات الألومنيوم، وهي مجموعة من المركبات المتكونة أساسا من السيليكات والألومينات المميهة. المعادن القلوية والمعادن الأرض القلوية، وهي اجسام صلبة تتواجد على شكل مسحوق أبيض ويمكن أن يتغير اللون إذا استبدل الايون الموجب باحد العناصر الانتقالية. عالية المسامية، وتستخدم كثيرا في عمليات الادمصاص الكيميائية. هو مجموعة من العناصر الكيميائية متكونة أساسا من السيليكات والالمينات المميهة.
للمعادن القلوية والمعادن الأرض القلوية، وهي اجسام صلبة تتواجد على شكل مسحوق أبيض ويمكن أن يتغير اللون إذا استبدل الايون الموجب باحد العناصر الانتقالية.

التسمية

ويرجه تلك التسمية إلى العالم الجيولوجي السويدي أكسل فريدريك كرونستيد عام 1756 عند ملاحظته عند إعادة تسخين مادة ستلبت المعدنية انبعاث كمية كبيرة من بخار الماء كانت مدمصة به.
قام العلماء حتى عام 2008 بدراسة 175 نوع من أنواع الزيوليت، منها نحو 40 توجد طبيعيا. والزيوليت عالي المسامية قادر على الاحتفاظ بالأيونات الموجبة مثل Na⁺ و K⁺ و Ca²⁺ و Mg²⁺ وغيرها. وتدمص (تعلق) الأيونات الموجبة الشحنة في مسام هيكل الزيوليت وعلى سبيل المثال فالناتروليت وهو أحد مركبات الزيوليت له التركيب الكيميائي.
Na₂Al₂Si₃O₁₀-2H₂O
وينشأ الزيوليت الطبيعي عندما يتفاعل الرماد البركاني مع مياه قلوية. كما يتبلور
الزيوليت عبر عزمن قد يبلغ عدة آلاف من السنين.

الزيوليت الطبيعي

تتواجد الزيوليتات في الحالة الطبيعية في الحجارة البازلتية وفي الرواسب ،فقد تكونت عبر العصور الغابرة تحت تاثير المياه المعدنية الساخنة ،أغلبيتها سميت على حسب اسم مكتشفها.
ان إنتاج العالم السنوي للزيوليت الطبيعي هو 4 مليون طن.3 مليون طن منها تشحن إلى الأسواق الصينية، والدول الرائدة في إنتاج الزيوليتات الطبيعية في أوروبا الشرقية، أوروبا الغربية ،آسيا، أستراليا.
هناك 45 نوع من الزيوليتات الطبيعية قد تم اكتشافها.

الزيوليت الاصطناعي

نظرا لندرة الزيوليتات الطبيعية لجا العلماء إلى محاولة إلى صنع زيوليت له نفس خواص الزيوليت الطبيعي. يوجد 150 نوع من الزيوليتات الاصطناعية، وهي الأكثر استعمالا في الصناعة، منها ما له نظير في الزيوليتات الطبيعية، وهناك بعض منها بدون بنية هيكلية كاملة.

بنية الزيوليت

ينتمي الزيوليت إلى عائلة المجسمات الرباعية الوجوه ذات البنية ثلاثية الإبعاد. مشكلة بذلك صفائح متماثلة والخاصة بكل نوع من الزيوليت. تحتوي هذه المجسمات الرباعية الوجوه في مركزها على ذرات الألمنيوم والسيليسيوم ،كما يحمل كل رباعي أربعة ذرات أكسيجين على غرار باقي المجسمات الرباعية الأوجه ،يحمل كل رباعي شحنة سالبة إضافية.
ترتيب رباعيات الأوجه في الفضاء تشكل تجاويف صغيرة وكبيرة ترتبط مع بعضها البعض بقنوات ضيقة تسمى النوافذ أو المسامات التي تنفذ من خلالها الجزيئات الخارجية.

طريقة الزرع

تعتمد هذه الطريقة على على تحضير هلام تفاعلي للتبلور، اين تضاف بعض الحبيبات من الزيوليت
النقي وذلك قبل أن يصل إلى درجة حرارة تبلوره.
هذه الطريقة تستعمل لصناعة الزيوليتات الصعبة التحضير.

طريقة التنويه

تنقسم هذه الطريقة إلى ثلاث خطوات:

الخطوة الاولى

يحضر الهلام " أ " يحتوي عادة على السيليس ومصدر الألمنيوم أو على سيليكات
الألمنيوم الطبيعة مثل الطين NaOH أو قاعدة امين رباعي والماء غير المشرد كمذيب ،مع إضافة
عامل بنيوي.

الخطوة الثانية

بنفس مفاعلات الهلام " أ " نقوم بتحضير هلام " ب "، دون إضافة العامل البنيوي.

التبادل الشاردى

التبادل الشاردي عملية تسمح بإظهار خصائصه (التحفيز والامتصاص)،
و هو استبدال الشوارد الموجبة الموجودة داخل الزيوليت بايونات موجبة أخرى ذات تكافؤ مختلف.
التبادل الشاردي يمكن تحقيقه بعدة طرق منها :
_التبادل باتصال مع محلول مائي أو محلول غير مائي.
_التبادل مع الملح الذائب.
_ التبادل عن طريق المركبات الغازية.
_ التبادل الايوني عن طريق عملية كيميائية قائمة على التحمية دون وجود محلول (تقنية جديدة
للتبادل الشاردي مع الزيوليت).

المسامية والانتقالية للسطح

المسامية الموجودة في البنية التركيبية للزوليت تسمح له بفصل مكونات الخليط علي أساس اختلاف
الحجم والشكل للجزيئات وله خاصية الانتقالية وهي امتصاص بعض المواد لذا يعتبر الزيوليت كمنخل
إذ يقوم بغربلة المواد واختيارها وفصلها عن الجزيئات الأخرى فهو يسمح بمرور المركبات الخطية
ويمنع المركبات المتفرعة.

حمضية السطح

الزيوليتات مواد لها خاصية حمضية (تحتوي مواقع حمضية داخل بنيتها) ،تعتبر مواد حمضية صلبة.
تحتوي على دلائل حمضية تتراوح ما بين "1 او3 " مكافئ غرامي.

استعمالات الزيوليت

الخصائص المتنوعة للزيوليتات جعلتها تملك أهمية كبيرة وقد تم تصنيفها بجدارة صديقة البيئة
واستعمالاتها الكبيرة في مجال الصناعة اكدت قيمتها في السوق العالمية.
ومن بين استعمالاتها :

الزراعة

يعمل الزيوليت على تثبيت الامونيا الناتجة في التربة ويغنيها بالازوت ويرجع ذلك لقدرته على
التبادل الشاردي، فهو يستعمل كاسمدة.
إضافة إلى هذا خاصية الزيوليت المتمثلة في امتصاص وفقد الماء التي تجعله يمتص الماء الزائد
من التربة ليعطيه للنبات عند احتياجه له. فهذا يساعد النبات على التكيف مع البيئة الجافة أو الرطبة
إذ يحافظ على مستوى ثابت للرطوبة.

تربية الحيوانات

ان خاصية التبادل الشاردي في الزيوليت تطبق في بيوت الحيوانات وزرائب الأبقار والغنم
والدواجن والخيول ،فهو يسيطر على غاز النشادر والرطوبة إذ يمتص النشادر أربع مرات
أكثر من المواد الغضارية.

معالجة المياه

إن كل من الزيوليتات الطبيعية والاصطناعية قادرة على ترشيح الماء ونزع المواد والشوائب العالقة كتنظيف مياه المسابح.كما يستعمل لنزع الامونياك والمواد الملوثة تحت ايطار معالجة المياه المستعملة.
إن خاصية التبادل الشاردي في الزيوليت تعطيه أهمية كبيرة في عملية تحلية المياه.
إن العديد من التفاعلات الكيميائية، مثل عمليات الترسيب، تعتمد في الأساس على التفاعل بين الأيونات المختلفة في المحاليل. و عند تمرير المياه على بعض المواد الصلبة تتبادل الأخيرة أيوناتها مع أيونات المواد الصلبة الذائبة في المياه. و قد تم رصد ظاهرة التبادل الآيوني أولاً في بعض المعادن (الزيوليت zeolites) و خاصة سليكات صوديوم الألومنيوم (sodium (aluminum silicates .
وعند تخلل المياه الخام لطبقة متدرجة من الزيوليتات يتم إحلال أيونات الصوديوم محل أيونات الكالسيوم و المغنسيوم و بالتالي تنخفض درجة عسر المياه. و بمرور الوقت تستنفذ أيونات الصوديوم في الزيوليت و تتحول الطبقة إلى زيوليت الكالسيوم و المغنسيوم. و من الممكن استعادة طبقة زيوليت الصوديوم عن طريق المعالجة بمحلول قوي من كلوريد الصوديوم (brine) .

الكشف عن الزيوليت

هناك عدة طرق تستعمل لكشف عن الزيوليتات من بينها :

الاشعة X

هذه الطريقة تسمح بالتعرف على نوعية الزيوليت المحضر، كمية مادة ما من المزيج، نوع شبكة
التبلور.

مطيافية الاشعة تحت الحمراء

هذه الطريقة تسمح لنا بمعرفة المميزات البنيوية للمواد، لها أطوال موجات أكبر من الضوء المرئي،
أنها تعطي معلومات مهمة حول بنية الزيوليت المتمثلة في اكتشاف وجود أو عدم وجود الوحدات الثانوية
المركبة للهيكل كما تحدد لنا المواقع السطحية للامتصاص (حمضية، امتصاص، تحفيز) وتبين مختلف
بنية الأصناف الحمضية.

المجهر الإلكتروني

هذه التقنية ذات استعمال واسع لقدرتها على تعيين شكل وحجم بلورات الزيوليت كما تكشف لنا عن عيوب بنية الزيوليتات إن وجدت، وتسمح بتحديد حجم المسامات الصغيرة المتحصل عليها انطلاقا من رسم يربط النقاط التي تكون فيها الحرارة واحدة في وقت معين