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Lexikon der Chemie: Zeolithe

Zeolithe, eine Gruppe gut kristallisierter, wasserhaltiger Minerale der allgemeinen Formel (MI2, MII)O·Al2O3·n SiO2·m H2O; MI = Natrium, MII = Calcium. Die Z. dienen hauptsächlich als Adsorbenzien (Molekularsiebe) und als Katalysatoren (z. B. beim Cracken). In den Alumosilicatgerüsten der Z. sind die AlO4-Tetraeder nach einer Regel von Loewenstein nur mit SiO4-Tetraedern verknüpft. Die Z. weisen eine lockere, dreidimensional vernetzte Struktur (Gerüst-, Tektosilicate) mit gleichförmigen Kanälen auf, in denen sich Wassermoleküle und Alkali- bzw. Erdalkalimetall-Ionen befinden. Nach der Größe der Poren (Hohlräume) und dem Verhältnis n der SiO4- und AlO4-Tetraeder lassen sich die Z. in verschiedene Grundtypen einteilen, z. B. A-Typ mit n = 2, X-Typ mit n = 2,2 bis 3 und Y-Typ mit n = 3 bis 6, die sich aus Kombinationen von 4er, 6er, 8er und 12er Ringen, die Kubooktaeder bilden, zusammensetzen. Z. vom Y-Typ weisen z. B. große Hohlräume von 8 bis 9·10-10 m und kleine Hohlräume von 2,4·10-10 m Durchmesser auf, in denen Adsorptions- und Austauschprozesse stattfinden können. Dabei kann das Wasser reversibel abgegeben werden, bzw. es können Ionenaustauschvorgänge vonstatten gehen, ohne daß sich die Grundstruktur der Z. ändert.

Synthetische Z. können bis zu 800 °C eine Strukturstabilität aufweisen. Die mehr als 30 natürlichen Z. sind durch Einwirkung basischer Mineralsalzlösungen bei 100 bis 300 °C im Laufe langer Reaktionszeiten aus Alumosilicaten (geochem. Hydrothermalsynthese) entstanden. Aufgrund der schwierigen trenn- und Reinigungsmöglichkeiten durch Extraktion von Fremdbestandteilen bzw. Umkristallisation werden viele der in der Natur vorkommenden und eine Reihe neuer Z. synthetisch aus Alkalimetall- bzw. Erdalkalimetallaluminaten und -silicaten hergestellt. Die verschiedenen Arten der synthetischen Z. lassen sich durch Variation der Rohstoffe (z. B. Wasserglas, SiO2-Sol, Alkali- und Erdalkalimetallchloride und -hydroxide), der Kristallisationstemperatur und -Zeit, der Art und Menge von Zusatzstoffen sowie der technologischen Parameter (Rührzeit, Auswaschungsgrad) herstellen.

Z. werden angewandt zur Durchführung von Trennprozessen (Trocknung und Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten, selektive Trennung von Gasgemischen), von Ionenaustauschprozessen, von katalytischen Reaktionen (Adsorptions-, Molsieb- und Trägerfunktion) sowie in der Vakuumtechnik (Adsorptionspumpen) und Dosierungstechnik (radioaktive und toxische Katalysatoren, Akzeleratoren und Stabilisatoren) und in Waschmitteln.

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