ცეოლითი

ცეოლითები წარმოადგენენ მიკროფოროვან, წყლიან, კრისტალური სტრუქტურის მქონე ალუმოსილიკატურ მინერალებს. ცეოლითების, სილიკატთა დიდი ჯგუფის პირველი წარმომადგენელი, სტილბიტი აღმოჩენილ იქნა შვედი მინერალოგისა და ქიმიკოსის ფრედერიკ აქსელ კრონსტედის მიერ 1756 წელს. კრონსტედმა შეამჩნია, რომ მის მიერ აღმოჩენილი მინერალი ინტენსიური გახურების შედეგად სწრაფად, შიშინით გამოყოფს წყალს (ფუვდება), რაც დუღილის შთაბეჭდილებას ტოვებს. სწორედ ეს თვისება გახდა საფუძველი იმისა, რომ ამგვარი მინერალებისათვის ეწოდებინათ ცეოლითები, რაც ბერძნულად მდუღარე ქვას ნიშნავს (ბერძ მდუღარე - ქვა)

2010 წლის მდგომარაობით აღმოჩენილი და შესწავლილია 40-მდე ბუნებრივი ცეოლითი და სინთეზირებულია 194-მდე უნიკალური სტრუქტურის მქონე ცეოლითი.

ცეოლითების წარმოშობა და გავრცელების არეალი
ბუნებრივი ცეოლითები მინერალების ცალკე ჯგუფად გამოიყო ჯერ კიდევ საუკუნის 50-იან წლებში. ცეოლითური მინერალების პირველი ნიმუშები აღმოჩენილ იქნა ბაზალტის, ანდეზიტებისა და ვულკანური ქანების სიცარიელებსა და ბზარებში. შემდგომში ეს მინერალები ნაპოვნი იქნა დანალექ ქანებში, ვულკანური ფერფლის ცვლილების პროდუქტებსა და სხვა პიროკლასტიკურ ფორმაციებში.

ცეოლითები ბუნებაში წარმოიქმნება სხვადასხვანაირი გეოქიმიური პროცესების განვითარებისას, რომელიც ძირითადად ტემპერარატურისა და წნევის დაბალი პარამეტრებით ხასიათდება. მათი წარმოშობა ხდება ზედაპირზე ან ზედაპირთან ახლოს ქანების წარმოშობის პირველ ეტაპზე ჰიდროთერმული ქმედების დაბალ ტემპერატურულ რეჟიმში. როგორც წესი, ვულკანურ ქანებში წარმოიქმნებიან მცირე ზომის კრისტალები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენებიან მეცნიერული კვლევისათვის.ცეოლითების უზარმაზარი მასებით მოფენილია ოკეანის ფსკერები. ასე მაგალითად, წყნარი ოკეანის ფსკერის ზედა შრეები უპირატესად მოფენილია კლინოპტილოლიტით, ხოლო ინდოეთის ოკეანის ფსკერი თანაბრადაა დაფარული კლინოპტილოლიტითა და ფილიფსიტით.

ცეოლიტების წარმოქმნის მექანიზმი დაკავშირებულია, ძირითადად ტუტე და ტუტემიწა კათიონებით გამდიდრებული რთული ალუმინსილიციუმიანი გელის კრისტალიზაციასთან. ცეოლიტიზაციის პროცესი დაიყვანება ალუმინსილიკატების ჰიდროლიზზე და მათში სილიციუმის გადანაწილებაზე ტუტეების ზემოქმედებისას ქიმიური და ფიზიკური ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ ცეოლიტების კრისტალიზაციას, რთულია და სრულად შესწავლილი არ არის.

ზღვების ფსკერებზე ცეოლითები წარმოიქმნებიან ვულკანური ქანების ნატეხებისაგან, რომელთა მეტ წილს წარმოადგენს ვულკანური მინა, რომელიც გამოირჩევა მაღალი რეაქციისუნარიანობით. ცეოლითები ჩვეულებრივ გავრცელებულია ტუტე მარილიან ტბების ნალექებში, სადაც ისინი წარმოიშობიან ვულკანური ნატეხების (განსაკუთრებით არასტაბილური მინები) ცვლილების შედეგად. ცეოლითები ასევე გვხდება ტუტე ნიადაგებში მშრალი კლიმატის მხარეებში. ასეთი ტბებისა და ნიადაგებისათვის დამახასიათებელია -ის მაღალი მნიშვნელობა და ძლიერი მარილიანობა, რომელიც უმეტესად გამოწვეულია ნატრიუმის კარბონატებისა და ბორატების მაღალი კონცენტრაციით.

ცეოლითების კრისტალიზაცია მიმდინარეობს ამჟამადაც მაგალითად აშშ-ს დასავლეთით მარილიან ტბებში, ასევე აღმოსავლეთ აფრიკაში (ტბა სირლესი) ტბა ჩინა (კალიფორნია), ტბა ნატრონი ტანზანიაში, ტბა მაგადო კენიაში.

სუფთა ცეოლითები უფეროა, შეფერილი სახესხვაობების არსებობა აიხსნება რკინისა და სხვა მინარევების ვიწროდისპერსული ჟანგების შემცველობით. კლინოპტილოლითური ტუფები წარმოადგენენ საშუალო სიმტკიცის მასალებს, რომლებიც შეფერილია თეთრ, ნაცრისფერ, მომწვანო და ვარდისფერ ფერებში. მათი შემცველობა ქანებში ჩვეულებრივ შეადგენს 50-90%. მინარევებს წარმოადგენს მონტმორილონტი, ქლორიტი, სელადონიტი, კვარცი და სხვა.

საქართველოს ტერიტოროიაზე ცეოლითური მინერალების არსებობა წინა საუკუნიდან იხსენიება. ამ მხრივ პირველი ცეოლითური მინერალი იყო ჰეილანდიტი, რომელიც ეიხვალდმა აღმოაჩინა 1844 წელს ახალციხის რაიონის ეოცენის ვულკანოგენ ქანებში. შემდგომ წლებში აღმოჩენილ იქნა შაბაზიტი (1885), სტილბიტი (1887), ლომონტიტი (1898), ანალციმი (1900), ნატროლითი (1924), ტომსონიტი (1906), სკოლიციტი (1951), მორდენიტი (1948), ერიონიტი (1968), ჰარმოტომი (1976), ფერიერიტი (1985), ფილიფსიტი. 60-იან წლების ბოლოს ცნობილი გახდა ჰეილანდიტ-კლინოპტილოლიტის ფართო ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების შესწავლის შედეგად დადგენილია სამი გაცილებით მნიშვნელოვანი პრაქტიკული თვისება. გაზების, ორთქლების და სითხეების შერჩევითი (სელექციური) სორბციისუნარიანობა, კატალიზური და იონმიმოცვლითი აქტიურობა.

ცეოლითების ქიმიური შედგენილობა და განსაზღვრა
ცეოლითები წარმოადგენენ კრისტალურ წყლიან ალუმოსილიკატებს. ეს არის რთული შენაერთი როგორც ქიმიური ასევე სტრუქტურული თვალსაზრისით. ფიზიკურ თვისებათა სირთულის გამო ძნელია ცეოლითებს მიეცეს ზუსტი განსაზღვრა. სმიტის განმარტებით “ცეოლითები კარკასული სტრუქტურის მქონე ღრუებიანი ალუმოსილიკატებია, კარკასის სიღრუეები დაკავებულია დიდი იონებისა და წყლის მოლეკულების მიერ, რომელთაც მნიშვნელოვანი ძვრადობის გამო შეუძლიათ აქტიური მონაწილეობის მიღება იონმიმოცვლით რეაქციებში და დეჰიდრატაციაში.

ცეოლითების კარკასული სტრუქტურა აგებულია წვეროებით შეერთებული 4 ტეტრაედრებისაგან, რომლებშიც მცირე ატომები (ე.წ ატომები) განთავსებულია ამ ტეტრაედრების ცენტრში, ხოლო ჟანგბადის ატომები კი წვეროებში ატომების ადგილებს ბუნებრივ ცეოლითებში უპირატესად იკავებს და ატომები, მაგრამ სინთეზურ ცეოლითებში ისინი შეიძლება ჩანაცვლებულიქნენ (, , , , , ) ატომებით.

ბუნებრივ ცეოლითებში ალუმინი და სილიციუმი ტეტრაედრულ კოორდინაციაშია ჟანგბადის ატომების მიმართ და ალუმინი იზოსტრუქტურულად ანაცვლებს სილიციუმს ცეოლითურ კარკასში. სილიციუმჟანგბადიანი და ალუმინჟანგბადიანი ტეტრაედრების შეკავშირების ხასიათიდან დამოკიდებულებით წარმოიქმნება სიცარიელეები სხვადასხვა ფორმების ღრუებისა და არხების სახით რაც ქმნის მიკროფორების სისტემას, რომლის მოცულობა შეადგენს სრული მოცულობის 25-50% .

ალუმინსილიკატური კარკასში 4+ -ის 3+ -თი ჩანაცვლება იწვევს ჭარბი გაუკონპენსირებელი უარყოფითი მუხტის არსებობას 4-ის ტეტრაედრების ხარჯზე, რაც განაპირობებს კარკასის სიღრუეებში პოტენციალური ენერგიის მინიმუმის არსებობას დადებითად დამუხტული იონებისათვის. პოტენციალური ორმოების სიღრმე, ზომები და რაოდენობა დამოკიდებულია და ატომების კრისტალურ მესერში განლაგების მოწესრიგებულობაზე, რაოდენობასა და კარკასის გეომეტრიაზე. ცეოლითებში ჭარბი უარყოფითი მუხტები კომპენსირდება ტუტემიწა ელემენტების კათიონებით: უპირატესად +, +,2+,2+ ..., რომლებიც ცეოლითის (კარკასის) სიღრუეებში იმყოფებიან მოძრავ მდგომარეობაში და შეუძლიათ სხვა კათიონებით ჩანაცვლება.

რადგან ცეოლითები წყლიან არეში მიიღება მისი მიკროფორები შევსებულია წყლის მოლეკულებით ე.წ “ცეოლითური წყლით”, რომლის გამოყოფაც გარკვეულ ტემპერატურაზე ხდება კარკასის დაურღვევლად ეს კი მკვეთრად აუმჯობესებს ცეოლითების ადსორბციულ თვისებებს, თუმცა აღსანიშნავია ისიც, რომ ზოგიერთ ცეოლითში კათიონმიმოცვლისა და ჰიდრატაციის დროს მიმდინარეობს კარკასის სტრუქტურის ცვლილებაც. ცეოლითების ელემენტარული უჯრედის შედგენილობის სტრუქტურულ ფორმულას აქვს სახე:

/[2(+)] 2

სადაც –კათიონია; –კათიონის ვალენტობა; –ერთვალენტიანი კათიონებისა და ალუმინის ატომების რაოდენობა; –სილიციუმის ატომების რაოდენობა; / განსაზღვრავს სილიკატების მოდულს / ფარდობას, ის იცვლება 1-დან 6-მდე. –წყლის მოლეკულების რაოდენობა; + გამოსახავს ელემენტარულ უჯრედში –ატომების სრულ რაოდენობას.

ამრიგად 4 და 4 ტეტრაედრები (რომლებსაც პირველად სტრუქტურულ ერთეულებს უწოდებენ) შეკავშირდებიან რა ჟანგბადის ატომების მეშვეობით (ჟანგბადური ხიდებით) მრავალკუთხედების სახით, ქმნიან განსხვავებულ სტრუქტურულ ერთეულებს. ალუმინსილიკატური კარკასის ტოპოლოგია წარმოადგენს ერთადერთ ნიშანს, რომლის მიხედვითაც შეიძლება ცეოლითის სტრუქტურის იდენტიფიცირება. კარკასის განსხვავებული ტოპოლოგიის მქონე ცეოლითებში, საერთო სტრუქტურული ელემენტების არსებობა მათი შესაბამის ჯგუფში ან ქვეჯგუფში განთავსების საშუალებას იძლევა.
სწორედ ასეთი ნიშნების მიხედვით ახდენს ბარერი ცეოლითების კლასიფიკაციას ..მაგრამ, იქვე აღნიშნავს, რომ ცეოლითები ასეთი დაჯგუფება პირობითია. კერძოდ, ჰექსაგონალური პრიზმები წარმოადგენენ შაბაზითის, ოფრეტითის, გმელინითის, ლევინითის და ფოჟაზითის სტრუქტურულ ერთეულებს, პირველი სამი მართლაც ერთ ჯგუფს მიეკუთვნება, მაშინ როდესაც ფოჟაზიტი შედის სხვა ჯგუფში. ბარერი თავის ცნობილ წიგნში ბუნებრივ ცეოლითებს ყოფს 7 ჯგუფად: ანალციმი, ნატროლითი, ჰეილანდითი, ფილიფსითი, მორდენითი, შაბაზითი და ფოჟაზითი. ბრეკიც ბუნებრივ ცეოლითებს ასევე ყოფს 7 ჯგუფად, ამასთან აღნიშნავს, რომ რადგან არ შეიძლება ამა თუ იმ ჯგუფში შემავალი რომელიმე ცეოლითი ვაღიაროთ უფრო მეტად ტიპურად ვიდრე სხვა, ამიტომაც ის ამ ჯგუფებს ანიჭებს ნომრებს და კლასიფიკაციას ახდენს ნომრების მიხედვით 1-დან 7-მდე.

საერთაშორისო ცეოლითური ასოციაციის მეშვიდე კონფერენციაზე (1986. ტოკიო) მიღებულიქნა სამასოიანი კოდი ცეოლითის კარკასის ტოპოლოგიის აღსანიშნავად, ანუ შემოღებულიქნა სტრუქტურის ტიპის კოდირება. მაგ აღნიშნავს ჰეილანდით-კლინოპტილოლითის სტრუქტურულ ტიპს, - ფილიფსითის და მის იზოტოპურ სტრუქტურებს და ა.შ.

ამრიგად ცეოლითების (, , )-იანი კარკასების არქიტექტურის თავისებურებას, რაც განასხვავებს მათ მინდვრის შპატებისაგან, წარმოადგენს მათში რეგულარულ არხთა სისტემებისა და ურთიერთ დაკავშირებული სიღრუეების არსებობა, რომელთა ზომები მოლეკულების ზომების რიგისაა. არხებსა და სიღრუეების მაქსიმალური ზომა შეიძლება იყოს 10–15 [5, 3] ტუტე და ტუტემიწა კათიონები, რომლებიც აკომპენსირებენ კარკასის –ტეტრაედრების უარყოფით მუხტს იმყოფებიან კრისტალური მესრის სიცარიელეებში, იკავებენ რა შედარებით მცირე ნაწილს მათი მოცულობისა. ცეოლითების კრისტალურ მრესერში არხების არსებობა განაპირობებს იონთა შემხვედრი დიფუზიისა და ჰეტეროვალენტურ იონურ მიმოცვლის შესაძლებლობას ოთახის ტემპერატურებზეც კი. ცეოლითების შერჩევითი (სელექსიციური) შთანთქმისუნარიანობა პირველად ფრიდელმა შენიშნა, ხოლო მაკ-ბენმა საუკუნის 30-იან წლებში ამ მინერალებს ამ უნიკალური თვისების გამო “მოლეკულური საცრები” უწოდა.

ცეოლითების სტრუქტურაში არხებისა და ღრუების სისტემა. მოლეკულურ-საცრული ეფექტი
ცეოლითებისადმი, როგორც კატალიზატორებისა და სელექტიური ადსორბენტებისადმი ინტერესი გამოწვეულია მათი კარკასების აგებულების თავისებურებით და შიგაკრისტალური მოცულობის მიწვდომადობით. ცეოლითების კარკასული სტრუქტურა, წარმოადგენს მყარ სხეულს, რომელიც განჭოლილია მოლეკულური ზომის არხებისა და ღრუების სისტემით. ეს სისტემა განსაზღვრავს ცეოლითების ე.წ პირველად მიკროფორულ სტრუქტურას.

ვულკანოგენურ-დანალექი ცეოლითები ასევე ხასიათდებიან მეორადი ფოროვანობით. ცეოლითების სტრუქტურაში ამ არხების განლაგება და ზომები, განაპირობებენ მოცემული ალუმინსილიკატის სორბციულ და კატალიზურ თვისებებს. სწორედ ამ არხების მეშვეობით აღწევენ მოლეკულები (ან ატომები) ცეოლითის შიდაკრისტალურ თავისუფალ მოცულობაში.

დღეისათვის თითქმის ყველა ცეოლითისათვის არის განსაზღვრული არხების კრისტალოგრაფიული ორიენტაცია და ცეოლითის სტრუქტურის რგოლებში არსებული ტეტრაედრების რიცხვი და ზომები, ოღონდ ეს შედეგები მოცემულია მხოლოდ ძირითადი არხებისათვის და მასში არ ითვალისწინებენ მოლეკულისათვის (ან ატომისათვის) შეუღწევად ან მცირედ შეღწევად არხებს. დეჰიდრატირებული ცეოლითების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები დიდად არის დამოკიდებული თავისუფალი სიღრუეებისა და ურთიერთგადამკვეთი არხების ხასიათზე.

ანსხვავებენ არხთა სისტემის სამ ტიპს:
1)არაგადამკვეთი ერთგანზომილებიანი არხების სისტემა.
2)ორგანზომილებიანი არხების სისტემა რომლითაც ხასიათდებიან ,, და ჯგუფების ცეოლითები. ასეთი სისტემა ორგანზომილებიანია ნივთიერების ისეთი მოლეკულებისათვის (ატომებისათვის), რომელთა კრიტიკული დიამეტრი ნაკლებია ცეოლითში არსებული ვიწრო არხების დიამეტრზე, ხოლო ერთგანზომილებიანია დიდი მოლეკულებისათვის.
3)სამგანზომილებიანი ურთიერთგადამკვეთი არხების სისტემა. ამ შემთხვევაში იხილავენ ორ ვარიანტს 1 – ცეოლითები, რომლელთა არხები ერთმანეთის ეკვივალენტურია არხების თავისუფალი დიამეტრები მათი კრისტალოგრაფიული მიმართულების მიუხედავად ერთნაირია. მაგ. გმელინითი 2- ცეოლითრები რომელთა არხებიც ექვივალენტურია და მათი დიამეტრები დამოკიდებულია მათ კრისტალოგრაფიულ მიმართულებაზე. მაგ. ლევინიტი, თუ არხების სისტემა სამგანზომილებიანია მაშინ ამ არხების ზომების შესაბამის კათიონებს ან მოლეკულებს შეუძლიათ შეაღწიონ კრისტალის ნებისმიერ ადგილას.

თუ სისტემა ორგანზომილებიანია, მაშინ მოლეკულას შეუძლია იმოძრაოს მხოლოდ სიბრტყეზე, ერთგანზომილებიან სისტემაში მოლეკულების მოძრაობა შესაძლებელია მხოლოდ ერთი მიმართულებით, მაგრამ არის გადახრებიც. მაგალითად გმელინითში და ოფერტიტში მთავარი არხები მიმართულია სიბრტყის პარალელურად და გადაიკვეთება სიბრტყის პარალელური არხებით. ასეთი სისტემების იდეალური კრისტალების მთავარ არხებში უნდა ხდებოდეს სწრაფი დიფუზია, მაგრამ რეალურ კრისტალებში კრისტალური მესრის წანაცვლების გამო ხშირ შემთხვევაში ეს არხები წყდება ამის გამო პრაქტიკულად გლემენიტის ადსორბციული თვისებები ძირითადად განისაზღვრება არხების ორგანზომილებიანი სისტემებით.

არხებს ხშირად აქვთ ცილინდრული სახე, ამასთან კვეთას შეიძლება ჰქონდეს ელიფსის ფორმა. სიღრუეებს ცეოლითებში გააჩნიათ სხვადასხვა ფორმები და ზომები. არხებსა და ღრუებში შესასვლელი ფანჯრების (წარმოშობილი ტეტრაედრების ერთმანეთთან შეკავშირებით მიღებული რგოლებისაგან) დიამეტრი ჩვეულებრივ მერყეობს 0,16 ნმ-დან 1,5 ნმ.

ცეოლითების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები
კათიონები ცეოლითებში. იონური მიმოცვლის მექანიზმი და თავისებურებანი
ჩვეულებრივ ცეოლითები წარმოიქმნება წყლიან არეში, ამიტომაც მის შიდაკრისტალურ ფოროვან სივრცეში მოთავსებული კარკასის უარყოფითი მუხტის მაკომპენსირებელი კათიონები ჰიდრატირებულია. წყლის მოლეკულებთან მსგავსად კათიონებსაც გააჩნიათ განსაზღვრული ძვრადობის უნარი. სწორედ არხთა სისტემაში მოთავსებული კათიონების ძვრადობა განაპირობებს ცეოლითებზე შემხვედრი დიფუზიისა და ჰეტეროვალენტურ იონური მიმოცვლის შესაძლებლობას ოთახის ტემპერატურაზეც კი (მინდვრის შპატებისაგან განსხვავებით).

ცეოლითების,კათიონების მიმართ მიმოცვლის უნარი წარმოადგენს მათ ერთ-ერთ მახასიათებელ თვისებას. თუმცა წყლის მოლეკულებისაგან განსხვავებით კათიონთა ძვრადობა შემოსაზღვრულია და ამიტომაც მათ ვერ გამოვაძევებთ კრისტალიდან იონმიმოცვლის გარეშე, რომელიც ემორჩილება ელექტროქიმიური ეკვივალენტობის პრინციპს, რადგანაც ამას მოითხოვს ანიონური კარკასის უარყოფითი მუხტის ნეიტრალიზაციის პირობა.

ჰიდრატირებულ ცეოლითებში წყლის მოლეკულები კათიონებთან წარმოქმნიან კომპლექსებს, ამასთან ზოგიერთ შემთხვევაში წყლის მოლეკულებს მაპოლარიზებელი გავლენის ქვეშ შეუძლიათ წარმოქმნან ჰიდროქსილის ჯგუფები და პროტონები. ჰიდროქსილური ჯგუფები უკავშირდებიან კათიონებს, - ტიპის ნაერთების სახით, ხოლო პროტონები კარკასის ჟანგბადის ატომებთან წარმოქმნიან ჰიდროქსილურ ჯგუფებს. ცეოლითებში კათიონები არა მარტო წყლის მოლეკულებთან არიან ბმულნი, არამედ ისინი ასევე კოორდინირებული არიან მესრის ჟანგბადის ატომებთან. ჩვეულებრივ მანძილი კათიონებსა და წყლის მოლეკულებს შორის და კათიონებსა და ჟანგბადის ატომებს შორის მერყეობს 0,24 – 0,40 ნმ საზღვრებში.

ცეოლითების რეგულარულ კარკასებში მიმოცვლითი კათიონები განლაგებული არიან კარკასის ტეტრაედრშორის სიცარიელებსა და არხებში, რომლებშიც შესასვლელი “ფანჯრები” წარმოქმნილია 6-, 8-, 10- ან 12- წევვრიანი ჟანგბადური რგოლებით, რომელთა დიამეტრები შესაბამისად ტოლია 0,24, 0,45, 0,60, და 0,80 ნმ.

ცეოლითების სილიციუმალუმინჟანგბადური კარკასების გეომეტრიული თავისებურების გამო ის კათიონები, რომელთა იონური რადიუსები აღემატებიან ჟანგბადური რგოლების (ფანჯრების) რადიუსებს იონმიმოცვლაში მონაწილეობას ვერ მიიღებენ. ამ მოვლენას ბარერმა “იონსაცრული მოქმედება” უწოდა. ამრიგად სხვადასხვა ზომის კათიონების მიმოცვლის შედეგებით შესაძლებელია განისაზღვროს ნებისმიერი ცეოლითის იონსაცრული სელექტიურობის ზღვრები. თითოეული ტიპის ცეოლითისაგან იონმიმოცვლის გზით შეიძლება მივიღოთ სხვადასხვაგვარი სპეციფიკური თვისებების მქონე იონმიმომცვლელები და ადსორბენტები.

ცეოლითების ფიზიკური თვისებები
სუფთა ცეოლითები უფეროა. ცეოლითების ფერი დიდად არის დამოკიდებული ნიმუშის დეჰიდრატაციის ხარისხზე. მაგალითად, დეჰიდრატირებული – შემცველი ცეოლითების დიდი ნაწილი შეფერილია მოცისფროდ, ხოლო რეჰიდრატაციის შემდეგ მათ გააჩნიათ მოვარდისფრო – ღია წითელი ფერი.

ცეოლითების სიმტკიცე მინერალოგიური სკალის მიხედვით ტოლია 3.5 5.5. სიმკვრივე 2,0 2,5 გრ / სმ3 (ბარიუმიან ცეოლითებს 2.5 2,7). ცეოლითების სხივტეხა ტოლია 1.47 1,56.

ცეოლითების დიელექტრიკული თვისებები და ელექტროგამტარობა ძირითადად გამოკვლეულია სინთეზური ნიმუშებისათვის. როგორც უკვე ავღნიშნეთ ცეოლითები შეიცავენ შედარებით მოძრავ კათიონებს, რომლებსაც უკავიათ ლოკალიზებული მდგომარეობები, ანდა შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება კოორდინაციული ბმით დაკავშირებულ წყლის მოლეკულებთან ერთად. ამის გამო, ცეოლითები ხასიათდება იონური ელექტრო გამტარობით, რაც განპირობებულია კათიონების მიგრაციით ცეოლითის კარკასში.

დეჰიდრატირებულ ცეოლითებზე წყლის დამატებით შეიმჩნევა მოცემული ნიმუშის ელექტროგამტარობის მკვეთრი ცვლილება. მაგ. = 25-ზე ტიპის ცეოლითში წყლის შემცველობის გაზრდით მისი ელექტროგამტარობა იზრდება 104-ჯერ. ფიზიკური თვისებებიდან ცეოლითები ამჟღავნებენ ლუმინესცენციურ ეფექტსაც. გამოქვეყნებული შრომებიდან ჩანს, რომ ზოგიერთი ცეოლითის ულტრაიისფერი სხივებით დასხივებით (=3650 ) შედეგად გააჩნიათ ფლუროსცენტირების უნარი ცისფერი, მომწვანო – მოცისფრო, მოყვითალო – მწვანე, ყვითელი – თეთრი და მოცისფრო – მოთეთრო ფერებით. გარდა ამისა, ცეოლითში შეიძლება შევიყვანოთ ისეთი ელემენტები, რომლებიც იწვევენ ფლუოროსცენციის აქტივირებას. მაგ: მანგანუმი, ტყვია, ვერცხლი, სპილენძი.

ცეოლითების თერმოსტაბილურობა
ცეოლითების ადსორბენტების ან კატალიზატორების სახით გამოყენებისას, დიდი ყურადღება ექცევა მათი კრისტალური სტრუქტურის სტაბილურობას იმ პირობებში, რომელიც აუცილებელია აქტივაციისა და რეგენერაციისათვის.

თერმოსტაბილურობა–პრაქტიკული თვალსაზრისით ერთ-ერთი ძირითადი მახასიათებელია ცეოლითებისა. თერმოსტაბილურობით განისაზღვრება ცეოლითების უნიკალური თვისებების შესაძლო გამოყნების ტემპერატურული საზღვრები, ზოგიერთ შემთხვევაში კი თერმოსტაბილობა წარმოგვიდგება, როგორც ამას ადგილი აქვს ჰეილანდით-კლინოპტილოლითის, როგორც ძირითადი დიაგნოსტიკური ნიშანი ჩვეულებრივ თერმოსტაბილურობის ქვეშ გაიგება ცეოლითების კრისტალური სტრუქტურის მდგრადობა (სტაბილურობა) მაღალ ტემპერატურებზე.

თერმოსტაბილურ ცეოლითებს მიეკუთნებიან, ფოჟაზითი და მისი სინთეზური ანალოგები– და ცეოლითები, ასევე კლინოპტილოლითი, მორდენიტი და სხვ. ამ ცეოლითების კარკასები უმნიშვნელოდ იცვლებიან დეჰიდრატაციისას. არხთა ზომები ჰიდრატირებულ და დეჰიდრატირებულ მდგომარეობაში ერთმანეთთან ახლოსაა ისინი მაღალ ტემპერატურებამდე (700–1000 °) გახურებისას ინარჩუნებენ სორბციისა და რეჰიდრატაციის უნარს.(მათი თერმული დაშლის შედეგად მიიღებიან ამორფული მასები, რომლებიდანაც უფრო მაღალ ტემპერატურებზე კრისტალიზდებიან მინდვრის შპატები, კაჟმიწა მინერალები და სხვ.).

ნაკლებად მდგრადი ცეოლითებია: სტილბიტი, ბარერიტი, ჰეილანდითი, ფილიფსიტი, ნატროლიტი და სხვ. ამ ცეოლითების კარკასები არსებით ცვლილებას განიცდიან დეჰიდრატაცისას. დეჰიდრატაციის შედეგად ეს ცეოლითები გადადიან მეტად ან ნაკლებად სტაბილურ მეტაფაზებში.

ცეოლითების სტაბილურობა მჟავა გარემოში
ერთ-ერთი ძირითადი მიზეზი იმისა, რაც წინ ეღობება ცეოლითების ფართო გამოყენებას, არის მათი არასაკმარისი მდგრადობა მჟავების ზემოქმედების მიმართ. მჟავების მიმართ ცეოლითური ალუმინსილიკატების შემოსაზღვრული მდგრადობა გამოწვეულია მათი სტრუქტურიდან ალუმინის ჩამორეცხვით ალუმინის ჰიდრატირებული ჟანგი შესამჩნევად ხსნადია =4-ისას.

ცეოლითები მიეკუთნებიან ალუმინსილიკატებს ღია სტრუქტურებით, უმრავლეს შემთხვევაში მათში მთელი ალუმინი იმყოფება ზედაპირზე და მჟავას შეუძლია უშუალოდ იმოქმედოს მასზე.

ზოგიერთი ცეოლითის კარკასიდან შესაძლებელია ალუმინი გამოვაძევოთ ნაწილობრივ ან მთლიანად, ამასთან არ გამოვიწვიოთ კარკასის შესამჩნევი ცვლილება (ამ დროს მიმდინარე ცვლილებების მექანიზმი არასაკმარისად არის შესწავლილი). კლინოპტილოლითიდან და მორდენიტიდან ალუმინი შეიძლება გამოვაძევოთ გახურების გარეშე მარილმჟავით მარტივი დამუშავებით. 2 მარილმჟავის ზემოქმედებით ალუმინი მთლიანად გამოძევდება კლინოპტილოლითიდან. მჟავის მოქმედებისადმი მდგრადობის მიხედვით ცეოლითები შეიძლება დაიყოს სამ ჯგუფად:

1)ცეოლითები, რომლებიც არ შეიძლება გადაყვანილ იქნენ წყალბადურ ფორმებში მათი კრისტალური კარკასის დაურღვევლად (ცეოლითები, , , კანკრინიტი, სოდალითი).

2)ცეოლითები, რომელთა წყალბადური ფორმები შეიძლება მივიღოთ მჟავური ხსნარებით, ჩვეულებრივი იონური მიმოცვლის გზით (მორდენიტი, კლინოპტილოლითი, ერიონიტი, ჰეილანდიტი, ფერიერიტი). აღსანიშნავია, რომ ასეთი დამუშავებისას ალუმინის ნაწილი, რა თქმა უნდა გამოძევდება, თანაც გამოძევებული ალუმინის რაოდენობა დამოკიდებულია მჟავაზე, მის კონცენტრაციაზე და ა.შ.

3)ცეოლითები, რომელთა წყალბადური ფორმა შეიძლება მივიღოთ მხოლოდ ამონიუმის იონზე იონური მიმოცვლითა და გახურების შედეგად შემდგომი დაშლის გზით.

ამგვარად მჟავის მოქმედებამ ცეოლითზე შეიძლება მიგვიყვანოს საკმაოდ განსხვავებულ შედეგებამდე – სტრუქტურის სრული დარღვევიდან ცეოლითის წყალბადური ფორმის წარმოქმნამდე. უკანასკნელ შემთხვევაში პროცესი მიმდინარეობს დეალუმინირების თანხლებით, ე.ი ალუმინის გამოძევებით, რომლის ხარისხიც დამოკიდებულია მჟავური დამუშავების ხასიათზე.

ცეოლითური წყალი, ჰიდრატაცია და დეჰიდრატაცია
ყველა ცეოლითის მახასისთებელ შემადგენელ ნაწილს წარმოადგენს წყალი და ამიტომაც სხვა ალუმინსილიკატებისაგან განსხვავებით ისინი წარმოადგენენ ჰიდრატირებულ ალუმინსილიკატებს.

მინერალოგიაში “ცეოლითურს” უწოდებენ იმ წყალს, რომელიც შეიძლება მოვაშოროთ კრისტალს მაღალი ტემპერატურისა წნევის ზემოქმედებით, ცეოლითის სტრუქტურის დაშლის გარეშე და რომელიც ასევე შეიძლება შთაინთქას ცეოლითის მიერ საწყისი პირობების აღდგენით.

ყველა ცეოლითში წყალი არსებობს შიგა კრისტალური ფაზის სახით. წყალი შიგაკრისტალურ არხებში ერთ შემთხვევაში იმყოფება ცალკეული, განკერძოებული მოლეკულების სახით, რომლებიც იკავებენ მესერში ფიქსირებულ მდებარეობას, სხვა შემთხვევებში კი, როდესაც მესერში სიცარიელეები საკმაოდ დიდია, რამდენიმე მოლეკულისაგან შემდგარი ასოციატების სახით, ურთიერთქმედებენ რა არა მხოლოდ კარკასთან, არამედ ერთმანეთთანაც მოლეკულათშორისი წყალბადური ბმების მეშვეობით, როგორც თხევად წყალში. კრისტალში წყლის შემცველობა სხვადასხვა ცეოლითისათვის სხვადსხვაა, ის დამოკიდებულია შიგაკრისტალური სიცარიელეების მოცულობაზე, რომლებიც შეიძლება დაიკავონ წყლის მოლეკულებმა.

თერმულ და ვაკუუმური დამუშავებისას ცეოლითის კრისტალიდან წყალი გამოიყოფა. ამ ხარისხობრივად ახალ – ფოროვან კრისტალურ მდგომარეობაში – ცეოლითებს მდგრადად შეუძლიათ იარსებონ ვაკუმუუმის პირობებში. თუ დეჰიდრატირებული კრისტალები აღმოჩნდებიან წყლის ორთლქთან კონტაქტში ისინი კვლავ ჰიდრატირდებიან. ცეოლითების დეჰიდრატაციის პროცესი შექცევადია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როცა კრისტალების გახურებისას წყლის გამოყოფა ხდება ალუმინსილიკატური მესრის სტრუქტურის შესამჩნევი ცვლილების გარეშე, წინააღმდეგ შემთხვევაში ცეოლითების რეჰიდრატაცია ან საერთოდ შეუძლებელია, ან მიმდინარეობს მხოლოდ ნაწილობრივ (შემოსაზღვრულად).

ზოგიერთ ცეოლითის კრისტალში, სიცარიელეთა მოცულობები, რომელიც მისაწვდომია (შეღწევადია) წყლის მოლეკულათათვის, შეიძლება აღწევდეს კრისტალის მთლიანი მოცულობის ნახევარს, ამიტომაც ერთ-ერთ საიმედო ხერხს ცეოლითების შიგაკრისტალური სივრცის საერთო მოცულობის განსაზღვრისა, წარმოადგენს სრულად ჰიდრატირებული კრისტალიდან ვაკუმური დამუშავებისას გამოდევნილი წყლის მოცულობის განსაზღვრა. ცეოლითებში წყლის შემცველობა დამოკიდებულია კარკასის სტრუქტურის გეომეტრიაზე და მის სტრუქტურებში არსებული კათიონების რიცხვსა და მათ ზომებზე.

ცეოლითების გამოყენება
საყოფაცხოვრებო მრეწველობა
ცეოლითებმა თავიანთი უნიკალური თვისებების გამო ფართო გამოყენება ჰპოვეს მრავალ სფეროში. ძნელია, დასახელდეს მინერალი, რომელიც ასე ფართოდ გამოიყენებოდეს მრეწველობის, მაღალი ტექნოლოგიების, მედიცინის და სოფლის მეურნეობის მრავალ დარგებში.

მრეწველობაში ცეოლიტები გამოიყენებიან გაზების გასაწმენდად და გასაშრობად. კრეკინგის, იზომერიზაციის, ჰიდროგენიზაციის და დეჰიდრო-გენიზაციის, დაჟანგვისა და მრავალ სხვა რეაქციებში ადსორბენტებად და კატალიზატორებად. ჰაერის ჟანგბადით გასამდიდრებლად. ქაღალდის, პლასტმასის მრეწველობასა და სამშენებლო მასალებში დანამატებად. სარეცხ საშუალებებში ფოსფატების შემცვლელებად. ცეოლითები ასევე გამოიყენება წყალბადის, ამიაკის, არომატული ნახშირწყლების მისაღებად, ფერად მეტალურგიასა და გოგირდმჟავას მრეწველობაში, ნარჩენი გამოყოფილი გაზების გოგირდოვანი აირისაგან გასაწმენდად. რეზინო-ტექნიკური მრეწველობაში ბუნებრივი ცეოლითები გამოიყენებიან რეზინული ნარევების ინგრედიენტებად, ამასთან მათ შეუძლიათ შეასრულონ რეზინის შემავსებლის როლი, ასევე გამოიყენებიან ვულკანიზაციაშიც.

დადგენილია, რომ კარპატების ტუტე და ტუტემიწა ლითონთა ალუმო-სილიკატები წარმოადგენენ ბეტონის წარმოებაში (100-400 სიმტკიცის მარკის ბეტონის) აქტიურ მინერალურ დანამატებს. ამასთან ბეტონის შემადგენლობაში ცეოლითის ოპტიმალური რაოდენობით – 100 კგ/კუბ.მ. შეტანა საშუალებას იძლევა შევამციროთ ცემენტის დანახარჯები საშუალოდ 50 კგ ამასთან სიმტკიცის მიხედვით ბეტონის მარკა შენარჩუნებულია.

დიდი კათიონების მიმართ უნიკალური სელექტიური შთანთქმის უნარიანობა, საშუალებას იძლევა ცეოლითები გამოვიყენოთ ატომური ელექტროსადგურებში ნამუშევარი წყლების რადიოიზოტოპებისგან გასაწმენდად, ასევე ჩამდინარე წყლების ამონიური აზოტისაგან გასაწმენდად. ცეოლითები გამოიყენებიან ჰაერიდან 2 და სხვა მავნე აირების გამოსაყოფად.

ცეოლითების ერთ-ერთი ყველაზე სასარგებლო თვისებას წარმოადგენს მის გარემოცვასთან კათიონური მიმოცვლის უნარი. შემუშავებულია ცეოლითებზე კათიონური მიმოცვლის სწრაფი და ეფექტიანი მეთოდები. კათიონმიმოცვლითი ტევადობები ჩვეულებრივ შეადგენს დაახლოებით ორ მილლიგრამ-ეკვივალენტს ერთ გრამ ცეოლითზე, რაც მეტია სხვა მინერალებთან შედარებით, გარდა ვერმიკულიტებსა, რომლებსაც გააჩნიათ ანალოგიური იონმიმოცვლითი ტევადობა. სხვა იონმიმოცვლითი მინერალებისაგან განსხვავებით ცეოლითებს შეუძლიათ სელექტიურად ამოკრიფონ იონები სხნარებიდან. ბუნებრივი ცეოლითების მოპოვების დაბალი ღირებულება და მისი იონმიმოცვლითი თვისებები მეტად საინტერესოს ხდის მათ სამრეწველო ჩამდინარე წყლებიდან მძიმე ლითონების გამოსაყოფად.

ატომური მრეწველობა და ბირვთული ენერგეტიკა
ატომური მრეწველობისა და ბირთვული ენერგეტიკის განვითარება იწვევს დიდი რაოდენობით რადიოაქტიური ნარჩენების დაგროვებას, რაც წინა პლანზე სწევს ჩამდინარე წყლების ტოქსიკური ნივთიერებებისაგან გაწმენდისა და რადიოაქტიური ნარჩენების უტილიზაციისათვის ეფექტიანი და იაფი ხერხების მოძიებასთან დაკავშირებული ამოცანის გადაწყვეტის საკითხს. რადიოაქტიური ჩადინარე წყლების გაწმენდის ერთ-ერთ ძირითად ხერხს წარმოადგენს ბუნებრივი და სინთეზური არაორგანული და ორგანული მინერალების გამოყენებით სორბციული მეთოდი.

ცნობილია, რომ კლინოპტილოლითი მცირე ტუტე ლითონთა კათიონებთან შედარებით ავლენს მნიშვნელოვან ამორჩევითობას ცეზიუმის მიმართ.
-ის იონმიმოცვლითი კვლევის შედეგებიდან გამომდინარე, ეს ცეოლითი შეიძლება განვიხილოთ, როგორც მაღალსელექტიური სორბენტი, რომელიც შერჩევით გამოყოფს (ამოკრეფს) სხვადასხვა შემადგენლობის ხსნარებიდან მსხვილ კათიონებს და განაცალკევებს მათ.

დღეისათვის რადიოაქტიური ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად კვლევები ძირითადად მიმდინარეობს სამი მიმართულებით:

1)ჩამდინარე წყლებიდან მაღალი აქტივობის რადიაქტიული ელემენტების გამოყოფა;

2)საშუალო და დაბალი აქტივობის ჩამდინარე წყლების დეზაქტივაცია;

3)რადიოაქტიური ჩამდინარე წყლების კონცენტრირება ხანგრძლივი ვადით შესანახად.

ზემოთხსენებული მიზნებისათვის დღეისათვის ადსორბენტებად ძირითადად გამოიყენება ცეოლითები, რაც განპირობებულია სხვადასხვა რადიაქტიული ელემენტებისადმი მაღალი იონმიმოცვლითი სელექტიურობით. ბუნებრივი ცეოლითების უპირატესობას წარმოადგენს მათი ქიმიური მდგრადობა, მექანიკური სიმტკიცე, დიდი სიმკვრივის ნეიტრონთა ნაკადისადმი მედეგობა, ორგანულ იონმიმომცვლელებთან, სინთეზურ ცეოლითებთან და სხვა არაორგანულ მინერალებთან შედარებით დაბალი თვითღირებულება. აქედან გამომდინარე ბუნებრივ ცეოლითებს შეუძლიათ ითამაშონ მნიშვნელოვანი როლი რადიოაქტიული ნარჩენების გაწმენდის საქმეში.

ნავთობქიმიური მრეწველობა
სინთეზირებული ცეოლითები ფართოდ გამოიყენება ნავთობქიმიურ მრეწველობაში კატალიზატორების სახით, მაგალითად კატალიზურ კრეკინგში და ჰიდროკრეკინგში. ცეოლითების წყალბადური ფორმები წარმოადგენენ მყარ სხეულოვან მძლავრ მჟავებს და ამიტომაც აქტიურად ურთიერტქმედებენ მჟავა-კატალიზირებად რეაქციებში, ისეტებში როგორიცაა იზომერიზაცია, ალკილირება და სხვ.

მეცხოველეობა
ცეოლითები გამოიყენება მეცხოველეობშიც. ცეოლითური საკვები დანამატების ცხოველების ორგანიზმში ნივთიერებათა ცვლაში სპეციფიკური მოქმედება საკმაოდ კარგადაა შესწავლილი ცხოველთა ფიზიოლოგიისა და ბიოქიმიის სხვადასხვა ინსტიტუტების მიერ.

ცეოლითების გამოყენება არამარტო ხსნის გზას საკვების ეკონომიურად ხარჯვისა და ცხოველთა მწარმოებლურობის ამაღლებისაკენ, არამედ ახდენს საკვებში ტოქსიკური ნივთიერებების ნეიტრალიზაციას და ზრდის მეცხოველეობის პროდუქტიულობას.

დადგენილია, რომ საჭმლის მონელების დროს ცეოლითების მოქმედება ბიოქიმიურ პროცესებზე გამოიხატება მცოხნელი ცხოველის კუჭში, სისხლში, საშარდეში ამიაკის კონცენტრაციის დონის შემცირებითა და მაგნიუმის შემცველობის მომატებაში.

გამოვლენილია ცეოლითების დადებითი მოქმედება, რომელიც დაფუძნებულია სორბციულ-იონმიმოცვლით თვისებებზე, მინერალურ და სხვა ნივთიერების ტრანსპორტზე, რომლებიც აუმჯობესებენ ცხოველების მეტაბოლიზმს და პროდუქტიულობას. საკვებში ცეოლითების ფხვნილის გარკვეული დოზით ჩამატება ხელს უწყობს კუჭში წყლის შეყოვნებას და ორგანიზმში ცხიმის დაგროვებას, ასევე იგი შთანთქავს ამიაკურ აზოტს. რაშიც გამოიხატება მათი სპეციფიკური და დადებითი მოქმედება ნივთიერებათა ცვლაზე.

გარდა ამისა, საკვებში ცეოლითების დანამატების სახით გამოყენება ხელს უწყობს ცხოველთა ორგანიზმიდან და მეცხოველეობის პროდუქციიდან რადიონუკლიდებისა და მძიმე მეტალების გამოყოფას, ზრდის ახალშობილთა იმუნიტეტს და ამცირებც ავადმყოფადობას.

მემცენარეობა
მრავალრიცხოვანი კვლევების შედეგები ადასტურებენ, რომ 10 ტ/ჰა ცეოლითის შეტანა უზრუნველყოფს ძირითადი სასოფლო სამეურნეო კულტურების მოსავლიანობის ზრდას, ამცირებს აზოტოვანი სასუქების ხარჯვას აზოტის აიროვანი და წყალხსნარული შენაერთების ადსორბციის წყალობით (ხარჯზე), ზრდის მათ გამოყენების კოეფიციენტს 20-25 %-ით.

ვიშიან-გრუნტებში ცეოლითის ერთდროული შეტანით იზრდება მიმოცვლითი კალიუმის შემცველობა 20-45 %-ით. -ის, რადიაქტიული იზოტოპებით დაბინძურებულ ნიადაგში შეტანა, მნიშვნელოვნად ამცირებს მცენარეებში რადიაქტიული ცეზიუმისა და სტრონციუმის შემცველობას.

მედიცინა და ჰიგიენური საშუალებების წარმოება
ცეოლითებმა ამ ბოლო პერიოდში გამოყენება ჰპოვეს მედიცინასა და ჰიგიენური საშუალებების წარმოებაში. 1996 წელს პირველად აღებულ იქნა ნებართვა საკვებში, მინერალების საფუძველზე დამზადებული “ლიტოვიტის” ტიპის ბიოლოგიურად აქტიური დანამატების (ბად) სამრეწველო წარმოებაზე. მოცემული პროდუქტის მინერალურ საფუძველს წარმოადგენენ კლინოპტილოლითური შემადგენლობის ცეოლითები, მონტმორილონიტი (სმეკტიტი), ან მათი ნარევი, რომლებიც დამზადებულია სპეციალური ტექნოლოგიით.

ორგანიზმის შიგა გარემოში ცეოლითებს გააჩნიათ საუკუთესო დეტოკსიკაციური თვისებები, ანუ თვისება შთანთქოს და გამოიტანოს ორგანიზმში საკვებ პროდუქტებთან ერთად მოხვედრილი ერთი სახის ჭარბი ქიმიური ელემენტები და შეიყვანოს იმავე პროდუქტებში არასაკმარისი რაოდენობით მყოფი, ფიზიოლოგიური მოხმარებისათვის საჭირო ლემენტები. დადგენილია, რომ ცეოლითი ახდენს ადამიანის ორგანიზმში მინერალური მიმოცვლის ნორმალიზაციას, მის შემადგენლობაში შემავალი სხვადასხვა მკვებავი კომპონენტები, წარმოადგენენ ვიტამინების და ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებების დამატებით წყაროებს, რაც ხელს უწყობს ჯანმრთელობას .

ცეოლითები გამოიყენებიან კბილის პასტების, დეზოდორანტების, სარეცხი საშუალებების წარმოებაში. ასევე აღსანიშნავია ცეოლითების ბაზაზე სამკურნალო პრეპარატების გამოშვება. მკვებავი, სამკურნალო-პროფილაქ-ტიკური კოსმეტიკური და სარეცხი საშუალებების წარმოებაში.