1.2 Номенклатура цеолитов

Характеристика и классификация сложных алюмосиликатов, таких, как цеолиты (молекулярные сита), затруднена из-за отсутствия определенной системы химической номенклатуры. Если пользоваться правилами ИЮПАК, то за основу следует брать состав элементарной ячейки. Номенклатура такого типа громоздка и требует знания состава элементарной ячейки, что не всегда возможно (например, цеолит природный анальцим Na₁₆(AlO₂)₁₆(SiO₂)₃₂16H₂O следовало бы назвать 16-водным 16-алюмо-32-силикатом натрия).

Поэтому в настоящее время используются следующие способы обозначения цеолитов:

Синтетический цеолит (молекулярное сито) обозначают теми буквами, которые ввел первый (по праву приоритета) исследователь: например цеолит A, цеолит K-G, цеолит ZK-5 и так далее.

Эти символы используют для обозначения той модификации цеолитов, которая получается при синтезе. В частности буква A означает, что речь идет о синтетическом цеолите состава Na₁₆(AlO₂)₁₆(SiO₂)₃₂16H₂O (молекулярное сито типа 4А), полученном из системы Na₂O, Al₂O₃, SiO₂, H₂O. Формула отражает типичный состав цеолита. Кроме того, применяются обозначения «цеолит типа A», «цеолит типа X» и так далее.

Иногда синтетические цеолиты (молекулярные сита) обозначают по названиям соответствующего природного минерала, например «цеолит типа анальцима», «цеолит типа морденита».

Различные катионные формы, получаемые методом ионного обмена, могут также иметь особые обозначения. Например, кальциевая форма цеолита A (молекулярное сито типа 5А) сокращенно обозначается цеолит CaA (либо molecular sieve type 5A). Однако наличие дефиса между Ca и A, то есть цеолит Ca-A, указывает на совсем другой цеолит.

Более 50 лет назад в промышленных лабораториях США, СССР и Великобритании были получены синтетические цеолиты (молекулярные сита): А, X и Y, а затем пентасилы (ZSM-5, ультрасил) и многие другие. Здесь обозначения А, X и Y – условные марки фирмы Линде, ZSM-5 – цеолит (Z) фирмы Сокони (S) Мобил (M) 5-й модификации, а ультрасил – марка ГрозНИИ. Каждое обозначение соответствует определенному типу кристаллической структуры.

Состав алюмокислородного каркаса цеолитов одного и того же структурного типа в значительной степени определяет их свойства. Во многих случаях отношение Si/Al в однотипных кристаллах синтетических цеолитов может изменяться в сравнительно широких пределах. Типичными примерами такого рода являются синтетические фожазиты (цеолиты X и Y), синтетические калиевые шабазиты (цеолиты G), синтетические анальцимы.

Из почти ста искусственных Цеолиты на практике широкое применение находят три:

А – Na [AlSiO₄]×(2¸3) H₂O,

Х – Na [AlSi_1–1,5O_4–5]×3H₂O

Y – Na [AlSi_1,5–3O_5–8]×(3¸4) H₂O.

А не имеет природных аналогов, Х и Y близки фожазиту.

Тип А. Базовый материал - алюмосиликат натрия с диаметром пор 4 Å (т.е. 4 нм или 4.10 – 8 см ), что соответствует цеолиту с коммерческим названием 4А (NaA ).

Данную структуру можно представить следующей химической формулой:

Na₁₂[( AlO₂ )₁₂ ^. (SiO₂)₁₂],  H₂O.

Замещение катионов натрия на Са приводит к увеличению диаметра отверстий до 5Å; этот цеолит имеет коммерческое название 5А (СаА).

Аналогично, цеолитам с входным отверстием 3Å соответствует коммерческое название 3А (KА); их получают замещением натрия калием.

Тип Х (фожазит). Данная кристаллическая структура построена иным образом с получением более широких входных отверстий. Как и для типа А, исходной структурой является натриевая форма с входным отверстием порядка 10 Å.

Эту структуру можно представить нижеследующей химической формулой:

Na₈₆[(AlO₂)₈₆ ^. (SiO₂)₁₀₆],  H₂O

Она соответствует молекулярным ситам 13Х ( NaX).

Тип Y. Имеет ту же кристаллическую структуру, что и тип Х, но иной химический состав. Тип Y применяют преимущественно в области катализа (каталитический крекинг).