高中化學(xué)引入一種化工新材料

陳智威

摘要：眾所周知，沸石被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及科研、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域當(dāng)中，下面本文主要簡單描述沸石這種新型的化工材料，意在為高中的化學(xué)教師提供一定的參考意見。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；化工新材料；沸石

【分類號】G633.8

分子篩有比較均衡的微孔，且其孔徑跟普通的分子大小差不多，其是一種吸附劑或者是薄膜類的物質(zhì)。依據(jù)它的孔徑，可以對大小不同的流體分子進(jìn)行篩分，這也就是分子篩的作用。很多物質(zhì)都具有這種作用，比如合成的沸石和天然沸石、一些無機(jī)物薄膜以及微孔玻璃等等。但是在這些物質(zhì)當(dāng)中，應(yīng)用得最為廣泛的就是沸石，它的化學(xué)構(gòu)成是這樣的： 。

在這項(xiàng)公式當(dāng)中，M（I）與M（II）這兩者分別表示的是一價金屬和二價金屬，一般是鈉、鉀、鈣等，而n則表示的是沸石其硅鋁比，通常來講是這樣的：2～10：m=0～9。

一、沸石的構(gòu)造

（一）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

沸石主要是將硅氧四面體以及鋁氧四面體作為骨架結(jié)構(gòu)的一種鋁硅酸鹽，硅或者是鋁它們的原子處于四面體的體心當(dāng)中，跟四個氧原子相鏈接。因?yàn)殇X原子表現(xiàn)出的是三價，在鋁氧四面體當(dāng)中還有一個氧原子其負(fù)電荷還沒有被中和，這就造成所有的鋁氧四面體當(dāng)中帶有一個單位的負(fù)電荷，所以說，在鋁氧四面體周圍就一定要有一個帶有正電荷的金屬的陽離子跟鋁氧四面體的負(fù)電荷相抵消。不同的四面體他們之間主要是依據(jù)共用的頂點(diǎn)氧原子來相互進(jìn)行聯(lián)結(jié)，進(jìn)而產(chǎn)生巨大分子，我們可以將這樣的陰離子骨架比擬成一個化學(xué)建筑物，而在這個建筑當(dāng)中所羅列的有不一樣形狀和大小的晶穴，這些晶穴又以其不一樣樣式的孔道融會貫通，這樣一來水分子和陽離子就能夠根據(jù)孔道來回于晶穴當(dāng)中，進(jìn)而使其有很大的移動性能。當(dāng)對其進(jìn)行加熱讓水分在沸石當(dāng)中脫離出來之后，沸石整體的骨架構(gòu)造基本是沒有變化的，從這點(diǎn)上來看，其跟海綿有很大的相似之處，所以也有人把沸石比喻成“晶體的海綿”。我們遵循由低級到高級的這一原則，能夠把沸石的結(jié)構(gòu)分成四級構(gòu)造單元，一級的單元是最為基本的一個四面體，例如像硅氧、鋁氧四面體等；二級單元是經(jīng)過一級單元和公用氧相結(jié)合而形成的將硅和鋁最為頂點(diǎn)的一種多元環(huán)，例如像四元環(huán)、六元環(huán)以及十二圓環(huán)等；三級單元主要是在多元環(huán)的前提下在三維方向中跟氧橋鍵相結(jié)合而產(chǎn)生的一種多面體，例如像立方體和六方棱柱體等；把這些的立方體在三維的方向上憑借氧橋鍵來聯(lián)結(jié)，就會產(chǎn)生晶胞，這也就是第四單元。

（二）主要沸石的集中結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在在實(shí)際當(dāng)中運(yùn)用的最為普遍的沸石主要有A型沸石和X型沸石以及Y型的沸石等。

A型沸石其結(jié)構(gòu)跟氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)相似，它理想化的細(xì)胞組成是這樣的： 。

X型沸石跟Y沸石其硅氧骨架的結(jié)構(gòu)是一樣的，排列上跟金剛石構(gòu)造相一致。這兩種沸石主要區(qū)別就是他們當(dāng)中鋁與硅的原子比不一樣。X型沸石其晶胞是這樣構(gòu)成的： ，而Y型沸石其晶胞構(gòu)成是這樣的： 。

二、沸石功能性質(zhì)

（一）離子交換的性能

沸石的這種交換功能是它所有的性能當(dāng)中較為重要的一個性能。離子在交換的過程當(dāng)中其通式里的 是沸石其陰離子骨架，而A+則是在交換之前沸石里所包括的陰離子，這些陰離子大部分都是鈉離子，相應(yīng)的B+就是在水溶液里的金屬的陽離子。

我們從沸石晶格里其晶穴中可以看到，K+和Na+以及Ca2+等等這些的陽離子并不能夠十分牢固的跟水分子和骨架進(jìn)行結(jié)合，這就表示其很容易跟存在于四周水溶液當(dāng)中的陽離子產(chǎn)生交換的作用，沸石晶格的構(gòu)造依然會保持原形狀。人們通常會根據(jù)沸石的這種性質(zhì)來對沸石當(dāng)中晶體的電廠和表面酸性進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而將沸石自身具有的吸附以及催化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如說，我們將NaA型的沸石轉(zhuǎn)換成KA型的沸石之后，其原本具有的吸氧功能幾乎不見，但是將其轉(zhuǎn)換成CaA型的沸石之后，它就可以對甲烷進(jìn)行有效的吸附。我們?nèi)绻袾aX型的沸石向CaX型的沸石交換，那么相應(yīng)的其自身具有的水與氨的吸附熱等也會發(fā)生一些比較顯著的變化。

（二）吸附的性能

沸石其比表面積非常的大，所以說沸石的吸附性能非常強(qiáng)。在沸石晶格里面均勻分布的那些晶穴與晶穴之間主要是根據(jù)開口上的通路互相連接，同時也構(gòu)成了跟外界的溝通。在沸石總體的晶體體積當(dāng)中，晶穴與通道就占據(jù)了一半以上的體積，在這當(dāng)中同時還存有很多的沸石水。而沸石水的數(shù)量會因外界濕度以及溫度的改變而發(fā)生變化。

當(dāng)存在于特定的物理化學(xué)條件之下，存在于沸石里部的孔穴與通道的直徑會相對固定，一半大致是（3～11）A，但是沸石不同，其直徑也會不一樣。沸石當(dāng)中孔徑多大就決定了它能夠吸附多大的分子，比孔徑還小的物質(zhì)會被其吸附，但是比孔徑大的物質(zhì)就會被剔除出來，這樣的現(xiàn)象就是分子篩的作用。一般來講沸石對不一樣的分子所顯現(xiàn)出來的吸附能力可以用吸附量來表示。比如說，浙江的一種縉云絲光這種沸石對二氧化硫以及甲醇等所具有的吸附量就會不一樣，而且有一些沸石當(dāng)中如果孔徑比較小的話，其就沒有分子篩的作用。

三、沸石的用途

在現(xiàn)如今的社會當(dāng)中，沸石在很多的領(lǐng)域里都有所涉及和應(yīng)用。在化工領(lǐng)域當(dāng)中，沸石通常被用作干燥劑防止物質(zhì)發(fā)生腐變，此外，沸石還被用作主要是針對于液體和氣體加以分離并將其進(jìn)行凈化最后提純的吸附分離劑、被用作對石油進(jìn)行催化的催化裂化劑；在農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域中，沸石通常會被用于改良土壤劑里有效地改良土壤；在建材工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，沸石會被用在建筑石料里，用在輕質(zhì)的磚和陶瓷制品里。在環(huán)境保護(hù)方面，還可以用沸石來對廢水進(jìn)行有效處理，回收重金屬離子，并將海水有效淡化。

結(jié)語：

總而言之，本文通過對沸石這種新型化工材料的具體探究，發(fā)現(xiàn)沸石不但具有多種性能，同時還能夠被廣泛的應(yīng)用在諸多領(lǐng)域當(dāng)中，有效解決我們生活當(dāng)中的一些問題。由此可見，在高中的化學(xué)學(xué)習(xí)中將沸石這種新型的化工材料也引入其中，不但能夠?qū)⒎惺喾N多樣的性能介紹和傳播給學(xué)生，同時還可以加深學(xué)生對這種新型化工材料的認(rèn)識和理解，并能夠意識到將其應(yīng)用在很多領(lǐng)域當(dāng)中，這適應(yīng)了時代的發(fā)展。

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