ゼオライト
1997年、国際鉱物学連合(IMA)の小委員会により、以下のように整理された。
アミチ沸石 (amicite) - K 4 Na 4 [ Al 8 Si 8 O 32 ] ⋅ 10 H 2 O {\displaystyle {\ce {K4Na4[Al8Si8O32].10H2O}}} 、単斜
方沸石 (analcime) - Na [ AlSi 2 O 6 ] ⋅ H 2 O {\displaystyle {\ce {Na[AlSi2O6].H2O}}} 、等軸・正方・斜方・単斜・三斜
バレル沸石 (barrerite) - Na 2 [ Al 2 Si 7 O 18 ] ⋅ 6 H 2 O {\displaystyle {\ce {Na2[Al2Si7O18].6H2O}}} 、斜方
ベルベルヒ沸石 (bellbergite) - ( K , Ba , Sr ) 2 Sr 2 Ca 2 ( Ca , Na ) 4 [ Al 18 Si 18 O 72 ] ⋅ 30 H 2 O {\displaystyle {\ce {(K,Ba,Sr)2Sr2Ca2(Ca,Na)4[Al18Si18O72].30H2O}}} 、六方
ビキタ沸石 (bikitaite) - Li [ AlSi 2 O 6 ] ⋅ H 2 O {\displaystyle {\ce {Li[AlSi2O6].H2O}}} 、単斜・三斜
ボッグス沸石 (boggsite) - Ca 8 Na 3 [ Al 19 Si 77 O 192 ] ⋅ 70 H 2 O {\displaystyle {\ce {Ca8Na3[Al19Si77O192].70H2O}}} 、斜方
ゼオライトはアルミノシリケートであるがAl-O-Al結合は存在しないため (Löwenstein則)、Si/Al比が1以上となるから主たる成分はSiO2 (シリカ) となる。またシリカとアルミナの置換型固溶体であるので、ある程度広いSi/Al範囲にわたって合成できる。可能な合成範囲は骨格構造によってさまざまであり、例えばFAU型ゼオライトではSi/Al比が1.5付近から200以上のものまで知られている。
ゼオライトの一般式はMn+1/n(AlO2)(SiO2)xであるが、Mn+1/n(AlO2)の部分はイオン結合的、(SiO2)xの部分は共有結合的である。したがってゼオライトはイオン結晶と共有結合結晶の両方の特性を有しており、Si/Al比 (x) に応じてそれら特性のバランスが変わる。
Si/Al比が約3未満の領域は天然ゼオライト、およびA型ゼオライトやX型ゼオライトなどの一部の合成ゼオライトが当てはまる。イオン交換容量が高いためイオン交換剤として有用である。イオン結晶性が高いため化学的にやや不安定である。
ゼオライトは二酸化ケイ素 (SiO2) からなる骨格を基本とし、一部のケイ素がアルミニウムに置き換わることによって骨格の一部が負に帯電している。そのため細孔内にナトリウムなどのカチオンを含むことで電荷のバランスを取っている。粉末状にしたゼオライトを別の種類のカチオンを含んだ水溶液中に入れると、細孔内と水溶液中でイオン交換・吸着が起こる。この交換反応は可逆的であり、時間が経つと平衡状態となる。カリウムやセシウムもカチオンなので、ゼオライトによってイオン交換・吸着される。
たとえば斜プチロル沸石の陽イオン交換優先順位は下記の通り (左側ほど吸着されやすい) 。
Cs > Rb > K > NH4 > Ba > Sr > Na > Ca > Fe > Al > Mg