Zeolitas Definición, estructura, y ejemplos prácticos

Mahiceth Quintero Valero
Doctora en Química Aplicada

El término zeolitas es dado a un grupo de minerales naturales y sintéticos constituidos químicamente por aluminio-silicatos, que muestran características específicas relacionadas con el intercambio de iones en su estructura y la desorción reversible del agua. Este nombre nace de dos palabras griegas zeo que remite a “que ebulle” y lithos que refiere a “piedra”.

Durante la mitad del siglo XX se comenzaron a reportar los primeros hallazgos de las zeolitas naturales, sin embargo, en ese momento dicho mineral no fue de interés a la sociedad debido a que no se conocían sus propiedades y aplicaciones comerciales, al pasar los años comenzaron los investigadores a demostrar la capacidad de hidratación y la capacidad de intercambio de estos minerales y comenzaron a desarrollarse las zeolitas sintéticas con aplicaciones en la refinación del petróleo.

Estructura de las zeolitas

Las zeolitas tienen una estructura que consiste en tetraedros enlazados con cavidades en forma de canales y cajas que generalmente contiene moléculas de agua y cationes, por la forma de estos canales el paso de especies huéspedes es permitida y está limitada por el diámetro de los poros, ya que solo pueden entrar y salir del espacio intracristalino aquellas moléculas que sean inferiores a cierto valor del cual varía dependiendo del tipo de zeolita; Dicha estructura también puede contener los grupos OH y F, los cuales se encuentran en los vértices de los tetraedros. La fórmula química de la zeolita es:

(Na,K)x(Ca, Mg, Sr, Ba)y[Al(x+2y)Si2-(x+2y)O2z].nH2O

Donde:

0≤ x ≤0,5z
0≤ y ≤0,25z
0,12≤ x+2y ≤0,5z
0,29 ≤ n ≤1,33z

Entre las zeolitas sintetizadas se encuentran algunas donde la estructura cristalina no solo está formada por átomos de Si y Al, sino que también átomos tales como B, Be, Co, Ga, Ge, Fe, P y Zn; como por ejemplo berilo-fosfatos “pahasapaita” y zinc-silicato “gaultita”.

Clasificación de las zeolitas

Las zeolitas pueden clasificarse en función al tamaño de poro como: poro extragrande con θ ˃ 9 Å, zeolitas de poro grande entre 6 Å ˂ θ ˂ 9 Å, zeolita de poro mediano entre 5 Å ˂ θ ˂ 6 Å y zeolita de poro pequeño que se comprende entre 3 Å ˂ θ ˂ 5 Å.

Ejemplos prácticos del uso industrial de las zeolitas

La utilización de las zeolitas está basada en sus propiedades físicas y químicas tales como adsorción, intercambio iónico, reactividad y catálisis. La capacidad de adsorción de las zeolitas depende del volumen y del diámetro de poro esto permite que estos sólidos se comporten como tamices moleculares y sean utilizados como adsorbentes en procesos de purificación, como por ejemplo: endulzamiento de gases, soporte de plaguicidas, eliminación de compuestos en residuos industriales, purificación de gases industriales entre otros; esta propiedad también permite que las zeolitas pueden ser utilizadas en procesos de separación como por ejemplo: parafinas lineales y ramificadas, xilenos y olefinas.

Las zeolitas que contienen mayor cantidad de aluminio como las llamadas zeolitas A y X tienden a tener una mayor propiedad como intercambiadores iónicos, lo que les permiten ser utilizados en procesos tales como: Ablandamiento de aguas industriales y domésticas, eliminación de iones de NH4+ en aguas servidas, eliminación de metales industriales, soporte de fertilizantes y drogas medicinales, almacenamiento de desechos radiactivos y soporte de microbicidas de amplio espectro. Mientras que las zeolitas que tienen alto contenido de sílice se utilizan en la industria de cerámica y de vidrio.

Debido a las características físicas y químicas que poseen las zeolitas, la aplicación de ellas en los procesos industriales de la petroquímica, refinación y química fina son de suma importancia; generalmente las zeolitas se utilizan como catalizador en estos procesos, ya que su presencia mejora la actividad y la selectividad de las reacciones. Entre los procesos catalíticos más utilizados se encuentra: craqueo catalítico, hidroisomerización, transformación de metano, isomerización, polimerización entre otros.

También, existen otras propiedades que son resaltadas por las zeolitas naturales, como la reactividad de estas zeolitas con otros materiales, que permite por ejemplo ser utilizadas en materiales de construcción, donde se utiliza la zeolita como aditivo puzolánico al cemento, para la producción de morteros y hormigones de alta resistencia. Estas zeolitas también pueden ser utilizadas como un lecho empaquetado (se comporta como un tamiz molecular) para la filtración mecánica de aguas, licores y aceites.

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Referencias bibliográficas

Gianneto G; Montes A; Rodríguez G. Zeolitas, 2da Edición. Editorial Innovacín Tecnológica, Facultad de Ingeniería, UCV (2000).

Autora

Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #108 de Definición MX , en 01/2022. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada

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