高中化学引入一种化工新材料

陈智威

摘要：众所周知，沸石被广泛的应用在工业和农业以及科研、医药等多个领域当中，下面本文主要简单描述沸石这种新型的化工材料，意在为高中的化学教师提供一定的参考意见。

关键词：高中化学；化工新材料；沸石

【分类号】G633.8

分子筛有比较均衡的微孔，且其孔径跟普通的分子大小差不多，其是一种吸附剂或者是薄膜类的物质。依据它的孔径，可以对大小不同的流体分子进行筛分，这也就是分子筛的作用。很多物质都具有这种作用，比如合成的沸石和天然沸石、一些无机物薄膜以及微孔玻璃等等。但是在这些物质当中，应用得最为广泛的就是沸石，它的化学构成是这样的： 。

在这项公式当中，M（I）与M（II）这两者分别表示的是一价金属和二价金属，一般是钠、钾、钙等，而n则表示的是沸石其硅铝比，通常来讲是这样的：2～10：m=0～9。

一、沸石的构造

（一）结构特点

沸石主要是将硅氧四面体以及铝氧四面体作为骨架结构的一种铝硅酸盐，硅或者是铝它们的原子处于四面体的体心当中，跟四个氧原子相链接。因为铝原子表现出的是三价，在铝氧四面体当中还有一个氧原子其负电荷还没有被中和，这就造成所有的铝氧四面体当中带有一个单位的负电荷，所以说，在铝氧四面体周围就一定要有一个带有正电荷的金属的阳离子跟铝氧四面体的负电荷相抵消。不同的四面体他们之间主要是依据共用的顶点氧原子来相互进行联结，进而产生巨大分子，我们可以将这样的阴离子骨架比拟成一个化学建筑物，而在这个建筑当中所罗列的有不一样形状和大小的晶穴，这些晶穴又以其不一样样式的孔道融会贯通，这样一来水分子和阳离子就能够根据孔道来回于晶穴当中，进而使其有很大的移动性能。当对其进行加热让水分在沸石当中脱离出来之后，沸石整体的骨架构造基本是没有变化的，从这点上来看，其跟海绵有很大的相似之处，所以也有人把沸石比喻成“晶体的海绵”。我们遵循由低级到高级的这一原则，能够把沸石的结构分成四级构造单元，一级的单元是最为基本的一个四面体，例如像硅氧、铝氧四面体等；二级单元是经过一级单元和公用氧相结合而形成的将硅和铝最为顶点的一种多元环，例如像四元环、六元环以及十二圆环等；三级单元主要是在多元环的前提下在三维方向中跟氧桥键相结合而产生的一种多面体，例如像立方体和六方棱柱体等；把这些的立方体在三维的方向上凭借氧桥键来联结，就会产生晶胞，这也就是第四单元。

（二）主要沸石的集中结构

现在在实际当中运用的最为普遍的沸石主要有A型沸石和X型沸石以及Y型的沸石等。

A型沸石其结构跟氯化钠的晶体结构相似，它理想化的细胞组成是这样的： 。

X型沸石跟Y沸石其硅氧骨架的结构是一样的，排列上跟金刚石构造相一致。这两种沸石主要区别就是他们当中铝与硅的原子比不一样。X型沸石其晶胞是这样构成的： ，而Y型沸石其晶胞构成是这样的： 。

二、沸石功能性质

（一）离子交换的性能

沸石的这种交换功能是它所有的性能当中较为重要的一个性能。离子在交换的过程当中其通式里的 是沸石其阴离子骨架，而A+则是在交换之前沸石里所包括的阴离子，这些阴离子大部分都是钠离子，相应的B+就是在水溶液里的金属的阳离子。

我们从沸石晶格里其晶穴中可以看到，K+和Na+以及Ca2+等等这些的阳离子并不能够十分牢固的跟水分子和骨架进行结合，这就表示其很容易跟存在于四周水溶液当中的阳离子产生交换的作用，沸石晶格的构造依然会保持原形状。人们通常会根据沸石的这种性质来对沸石当中晶体的电厂和表面酸性进行调整，进而将沸石自身具有的吸附以及催化性质进行调节。比如说，我们将NaA型的沸石转换成KA型的沸石之后，其原本具有的吸氧功能几乎不见，但是将其转换成CaA型的沸石之后，它就可以对甲烷进行有效的吸附。我们如果把NaX型的沸石向CaX型的沸石交换，那么相应的其自身具有的水与氨的吸附热等也会发生一些比较显著的变化。

（二）吸附的性能

沸石其比表面积非常的大，所以说沸石的吸附性能非常强。在沸石晶格里面均匀分布的那些晶穴与晶穴之间主要是根据开口上的通路互相连接，同时也构成了跟外界的沟通。在沸石总体的晶体体积当中，晶穴与通道就占据了一半以上的体积，在这当中同时还存有很多的沸石水。而沸石水的数量会因外界湿度以及温度的改变而发生变化。

当存在于特定的物理化学条件之下，存在于沸石里部的孔穴与通道的直径会相对固定，一半大致是（3～11）A，但是沸石不同，其直径也会不一样。沸石当中孔径多大就决定了它能够吸附多大的分子，比孔径还小的物质会被其吸附，但是比孔径大的物质就会被剔除出来，这样的现象就是分子筛的作用。一般来讲沸石对不一样的分子所显现出来的吸附能力可以用吸附量来表示。比如说，浙江的一种缙云丝光这种沸石对二氧化硫以及甲醇等所具有的吸附量就会不一样，而且有一些沸石当中如果孔径比较小的话，其就没有分子筛的作用。

三、沸石的用途

在现如今的社会当中，沸石在很多的领域里都有所涉及和应用。在化工领域当中，沸石通常被用作干燥剂防止物质发生腐变，此外，沸石还被用作主要是针对于液体和气体加以分离并将其进行净化最后提纯的吸附分离剂、被用作对石油进行催化的催化裂化剂；在农牧业领域中，沸石通常会被用于改良土壤剂里有效地改良土壤；在建材工业领域当中，沸石会被用在建筑石料里，用在轻质的砖和陶瓷制品里。在环境保护方面，还可以用沸石来对废水进行有效处理，回收重金属离子，并将海水有效淡化。

结语：

总而言之，本文通过对沸石这种新型化工材料的具体探究，发现沸石不但具有多种性能，同时还能够被广泛的应用在诸多领域当中，有效解决我们生活当中的一些问题。由此可见，在高中的化学学习中将沸石这种新型的化工材料也引入其中，不但能够将沸石多种多样的性能介绍和传播给学生，同时还可以加深学生对这种新型化工材料的认识和理解，并能够意识到将其应用在很多领域当中，这适应了时代的发展。

参考文献：

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