I.�QU� ES UNA ZEOLITA?
UN POLVO BLANCO |
SUPONGA el lector que ha ca�do en su poder, por azares del destino,
una botella sobre cuya etiqueta est� escrito zeolita. Hay dentro un polvo blanco
y fino. Curioso, intenta enterarse del significado de "zeolita" para saber si
el contenido de la botella corresponde a tal nombre. Ingenuo, cree que basta
consultar un libro t�cnico y verificar que el polvo cumpla con la definici�n
de zeolita que, por cierto, tambi�n se puede, es m�s, se debe escribir "ceolita".
(Aqu� adoptaremos la ortograf�a "zeolita" que es la de uso corriente en M�xico.)
Recurre a uno de tantos diccionarios t�cnicos y encuentra que:
| Las zeolitas [s�, "las zeolitas" pues se trata de una familia de minerales] son aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos que al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con di�metros de poro m�nimos o sea de 3 a 10 angstroms. |
| [Tambi�n se dice que] una zeolita es un aluminosilicato cuya estructura forma cavidades ocupadas por iones grandes y mol�culas de agua con gran libertad de movimiento [ambos] que permiten el intercambio i�nico y la deshidrataci�n reversible. |
Pero, �que es un "aluminosilicato"? �Qu� significa "cristalino" y "cristal ideal"? �De qu� estructura se trata? El problema resulta bastante m�s complejo de lo esperado y ser� necesario proceder ordenadamente y con la ayuda de varios especialistas.
En este cap�tulo, juntos, determinaremos lo que es una zeolita. En efecto, por ahora, s�lo nos consta que el polvo de la botella es un material s�lido*. Suponemos que debe presentar propiedades fisicoqu�micas peculiares que justifiquen el apelativo de zeolita, as� que un an�lisis fisicoqu�mico debe resolver el problema.
EN EL |
LABORATORIO |
DE AN�LISIS |
El jefe del laboratorio nos propone determinar la composici�n de la muestra y su estructura cristalogr�fica. En efecto, nos explica, que no s�lo es importante determinar si la muestra est� constituida por �tomos de aluminio, silicio, sodio, hidr�geno y ox�geno que, dicho entre par�ntesis, son los elementos* presentes en algunas zeolitas, sino que hay que saber c�mo se relacionan, c�mo est�n distribuidos en el espacio, pues dependiendo de la forma en que los �tomos se ordenen, o sea de la estructura, se obtienen compuestos* diferentes.
Figura 1. �tomos de carbono en el grafito (a) y en el diamante (b).
Figura 2. �tomos de cinc (•) y de azufre (o) en la esferalita.
Por ejemplo, el grafito y el diamante tienen una composici�n elemental id�ntica. Ambos est�n constituidos solamente por �tomos de carbono. La diferencia entre uno y otro estriba en que los �tomos de carbono est�n ordenados de manera distinta (Figura 1). En este diagrama se representa a los �tomos de carbono mediante c�rculos y se destaca la geometr�a mediante l�neas.
Estos arreglos (o celdas unitarias)* se repiten infinitamente y son caracter�sticos de cada compuesto. En el caso del diamante, los �tomos se encuentran en las esquinas de un cubo, en el centro de las caras y en el centro de algunas diagonales. Esta disposici�n se reproduce al infinito. El arreglo de los �tomos de carbono en el grafito es en forma de hex�gonos, por eso se dice que el diamante cristaliza en un sistema c�bico pero que el grafito lo hace en un sistema hexagonal.
Tambi�n existe en la naturaleza la situaci�n inversa. Dos materiales pueden tener la misma estructura cristalogr�fica pero estar compuestos por �tomos diferentes. Por ejemplo, la esferalita (o blenda) cristaliza como el diamante pero est� constituida por �tomos de cinc (Zn) y de azufre (S) distribuidos como se ilustra en la figura 2. Queda entonces clara la diferencia entre la estructura de un material y la identidad de los �tomos que lo constituyen, aunque en los ejemplos anteriores tratamos s�lo estructuras regulares y peri�dicas en el espacio, o sea con cristales (dicho de otro modo, en estos materiales, grupos id�nticos de �tomos se repiten en el espacio a intervalos iguales). Como lo que aqu� nos interesa es identificar los elementos que componen a los polvos y determinar los compuestos que los forman, necesitamos, por lo tanto:
1) Un an�lisis elemental para determinar qu� �tomos componen la muestra.
2) Un estudio radiocristalogr�fico para saber c�mo se distribuyen los �tomos en el espacio, o sea de qu� compuestos se trata, y
3) Un estudio por microscop�a electr�nica para conocer la homogeneidad del polvo.
Con estos resultados sabremos si la muestra es una zeolita y de qu� tipo de zeolita se trata (Figura 3).
RESULTADO |
DEL AN�LISIS |
ELEMENTAL |
Una semana despu�s nos entregan la hoja de resultados correspondiente al an�lisis elemental en la que se informa que la muestra est� constituida por aluminio (Al), silicio (Si), sodio (Na), hidr�geno (H) y ox�geno (O). Adem�s, el experto nos hace notar que la proporci�n de la cantidad de �tomos de aluminio (x) respecto a la cantidad de �tomos de silicio (y) es:
lo cual le permite proponer la siguiente f�rmula qu�mica*,
determinada experimentalmente:
en donde wH2O s�lo significa un n�mero variable de mol�culas de agua (H2O). Esta f�rmula quiere decir que, en promedio, a 56 �tomos de sodio y 56 �tomos de aluminio le corresponden 136 de silicio y 384 de ox�geno. Conocemos entonces la composici�n elemental de la muestra, pero nuevamente, �es esto una zeolita? �Cu�l es la f�rmula de una zeolita?
Cuando J.V. Smith, en su art�culo "Definici�n de una zeolita" publicado en la revista Zeolites (s�, existe una revista internacional dedicada exclusivamente a las zeolitas), intenta precisar lo que se debe entender por zeolita propone la f�rmula:
Antes de explicar su significado recordemos que la valencia* es el n�mero de enlaces moleculares* que un ion* o un �tomo entabla con otros �tomos o iones, y que los iones positivos se denominan cationes y los negativos, aniones. Como son de carga opuesta los cationes y aniones se atraen mutuamente con gran fuerza.
En la f�rmula propuesta por Smith, M es un cati�n de valencia n (en nuestro caso se tratar�a del sodio cuya valencia es 1, as� que Mx/n ser�a Na), "x" es el n�mero de �tomos de aluminio, "y" es el n�mero de �tomos de silicio (seg�n el resultado experimental antes obtenido, en nuestro caso ser�an 56 y 136 respectivamente) y 2 (x+y) es el n�mero de �tomos de ox�geno que en nuestro caso tendr�a que ser:
y que es exactamente el n�mero de ox�genos determinados en el an�lisis de los polvos.
Finalmente, como el n�mero de mol�culas* de agua es variable (wH2O) concluimos que la f�rmula qu�mica de la muestra es la de una zeolita. Sin embargo, como comprobamos al comparar el grafito con el diamante y la esferalita, no basta con la f�rmula qu�mica para identificar a un compuesto, hay que determinar, adem�s, que la disposici�n en el espacio de los grupos de �tomos sea la adecuada. Por lo tanto, necesitamos los resultados del an�lisis radiocristalogr�fico y del estudio por microscop�a electr�nica.
DISCUSI�N CON |
EL CRISTAL�GRAFO |
El cristal�grafo nos recibe con la noticia de que "el polvo es cristalino", y para insistir sobre la importancia de su aseveraci�n compara la regularidad caracter�stica de los cristales con el desorden t�pico de los gases. En efecto, dice, as� como se habla de un gas ideal se utiliza el concepto de cristal ideal o cristal perfecto.
Un gas ideal est� formado por part�culas id�nticas infinitamente peque�as y no existen fuerzas entre ellas, adem�s, no ocupan posiciones fijas en el espacio. En un cristal ideal hay grupos id�nticos de �tomos de tama�o finito, retenidos por fuerzas mutuas en posiciones fijas en el espacio, y dichos �tomos se encuentran en reposo. La energ�a del gas ideal es totalmente cin�tica*, la del cristal ideal totalmente potencial.
El gas ideal obedece leyes correspondientes a un arreglo al azar de part�culas en movimiento y la geometr�a no interviene. Por el contrario, el cristal ideal est� sujeto a las leyes geom�tricas que rigen un arreglo peri�dico de part�culas en reposo, el azar no se toma en cuenta, las posiciones de los �tomos o mol�culas est�n perfectamente definidas. Todos los gases se parecen (excepto por la masa de sus part�culas), los cristales ideales presentan una inmensa variedad de arreglos peri�dicos, la complejidad o distorsi�n del grupo at�mico no importa, siempre y cuando se repita exactamente con periodicidad perfecta. En la figura 4 se compara el orden de un cristal y un gas constituidos por el mismo tipo de �tomos. La representaci�n es en un plano, as� que hay que imagin�rsela en el espacio.
Por lo tanto, como la muestra que estudiamos es cristalina, estamos en presencia de una estructura regular peri�dica. "Se trata de una estructura c�bica", precisa nuestro interlocutor, los �tomos o grupos de �tomos ocupan posiciones tales que forman cubos de lado igual a 24.8 � (1 � = 10-10 metros). La estructura es la de una zeolita faujasita como la de la figura 5. En esta figura, los �tomos de silicio y de aluminio ocupan los v�rtices. Cada uno de ellos est� rodeado por ox�genos y dichos ox�genos se encuentran en medio de los segmentos. No hace falta mucha imaginaci�n para darse cuenta de que este motivo repetido al infinito genera un sistema de cavidades comunicadas que resulta en una serie de canales, la simetr�a c�bica es evidente. La estructura se basa en un conjunto de cuboctaedros (constituidos cada uno por 24 tetraedros*).
La "gran cavidad" tiene un di�metro de 12.5 � y se tiene acceso a la "cavidad sodalita" de 6.6 � de di�metro por las caras hexagonales*, a trav�s de aberturas de 2.2 Å. Son esas mismas caras hexagonales las que sirven para unir a los cuboctaedros, la peque�a cavidad de comunicaci�n es el prisma hexagonal. Esta estructura microsc�pica origina grandes cristales c�bicos, f�cilmente visibles en el microscopio electr�nico de barrido (Figura 6).
Figura 5. Estructura de una zeolita faujasita. (b) representaci�n simplificada del cuboctaedro (a), en el que aparecen los �tomos de ox�geno (o) y los de aluminio o silicio (•). Estos cuboctaedros unidos forman a la zeolita faujasita (c).
En resumen, los polvos de nuestra botella son cristalinos y son una zeolita.
De hecho, se trata de un aluminosilicato (pues est�n constituidos por Al, Si,
Na y O) hidratado y altamente cristalino (ya que los grupos de �tomos est�n
dispuestos ordenadamente). La estructura es porosa y los di�metros de poro son
m�nimos, o sea de 3 a 10 �.
Figura 6. Zeolita faujasita X observada en el microscopio electr�nico de barrido. Los cristales son de 50 m aproximadamente. Las particulas esf�ricas son de zeolita P.
El problema inicial est� resuelto: la etiqueta de la botella s� corresponde al contenido. Sin embargo, toda esta investigaci�n s�lo ha servido para picar nuestra curiosidad, y nos preguntamos ahora: �Existen otros tipos de zeolitas? �Qu� uso se les da? Y trat�ndose de minerales lo adecuado es interrogar a un ge�logo pues �l debe ser capaz de describir la abundancia de las zeolitas en la Tierra, clasificarlas y compararlas con otros minerales, escuch�moslo.
"LAS ZEOLITAS SON MINERALES", |
DICE EL GE�LOGO |
La existencia de una abrumadora cantidad de silicatos (o sea, compuestos del silicio) en la corteza terrestre coloca al silicio como segundo elemento en abundancia sobre la Tierra. Casi todas las arcillas*, rocas y suelos de la Tierra est�n compuestos por silicatos de aluminio, hierro o magnesio. B�sicamente est�n formados por una unidad estructural tetra�drica integrada por un �tomo de silicio en el centro y cuatro de ox�geno que constituyen el "ion ortosilicato". Es ion porque le faltan cuatro cargas el�ctricas para estar en equilibrio. Tiende por lo tanto a asociarse para compensar esa carga.
La complejidad de las estructuras de los silicatos se debe a las muy variadas formas en que se enlazan los grupos tetraedrales compartiendo iones ox�geno. De acuerdo con los resultados experimentales estos tetraedros se unen entre s� compartiendo ox�genos y forman, dependiendo de su disposici�n, la gran variedad de especies minerales conocidas.
Figura 7. Nesosilicato constituido por la uni�n de (a) dos tetraedros, (b) tres tetraedros, (c) cuatro tetraedros o (d) seis tetraedros.
Los tetraedros pueden agruparse y disponerse en la red cristalina de modo muy diverso para quedar saturados en cada caso por los cationes apropiados (iones cargados positivamente) y mantenerse unidos unos a otros. Dependiendo de los tipos de estructura (o grupos) de silicatos, se distinguen:
1) Los ortosilicatos: tetraedros (SiO4)-4 independientes entre s� y unidos por cationes.
2) Los nesosilicatos: dos, tres o cuatro o seis tetraedros unidos entre s� (Figura 7).
3) Las redes en cadena: los tetraedros se disponen en serie, uno tras otro, o bien enlazados cada uno al siguiente formando una cadena abierta (infinita). En la red del cristal estas cadenas se unen entre s�, en forma paralela, mediante cationes. As� se forman cadenas (SiO3) presentes en minerales como la jade�ta o la tremolina (Figura 8).
4) Las redes en cinta (inosilicatos): se forman cintas por uni�n sim�trica de dos cadenas que se disponen como un objeto y su imagen reflejada.
5) Las redes estratificadas: estas estructuras en hojas (o filosilicatos) se caracterizan por anillos s�xtuples de tetraedros unidos en el plano, unos a continuaci�n de otros (Figura 9). Un ejemplo t�pico es la caolinita, en la cual hay Al+3 en sitios octaedrales.
Figura 8. Red en cadenas (SiO3)n. En la red cristalina muchas de estas cadenas se unen a discreci�n entre s�, en forma paralela, mediante cationes.
Figura 9. Red estratificada, anillos s�xtuples de tetraedros unidos en el plano.
6) Las redes en andamiaje: en este tipo de estructura de silicatos (tectosilicatos), todos los �tomos de ox�geno pertenecen simult�neamente a dos tetraedros; los tetraedros SiO4 forman redes unidas tridimensionalmente.
Las zeolitas son tectosilicatos y constituyen el mayor grupo de esta categor�a; constan de un andamiaje de tetraedros SiO4, que es el esqueleto de la estructura cristalina. Esta estructura es menos compacta que la de los feldespatos*, por ejemplo. En los huecos abiertos de la estructura se introducen las mol�culas de agua sin participar en la cohesi�n de la red; se trata del "agua zeol�tica", y por eso las zeolitas forman espuma al calentarse. A esta propiedad se debe su nombre: "piedra que hierve"; del griego, zeo: hiervo, y lithos: piedra.
En 1896 M.G. Friedel en un art�culo del bolet�n de la sociedad francesa de
mineralog�a y cristalograf�a titulado "Sobre algunas propiedades nuevas de las
zeolitas", comentaba:
| Adem�s, y �se es el hecho importante, esta agua no tiene ning�n papel en la estabilidad de la red [cristalina] y se puede eliminar sin que [la red] se destruya. Su papel qu�mico en la mol�cula es nulo. Parece impregnar a la red como a una "esponja". Esto es lo que los experimentos siguientes me parecen establecer claramente [...] |
| [Si se deshidrata un cristal grande de chabasita y] se roc�a con unas cuantas gotas de agua, dicho cristal fr�o rechina y cruje violentamente, se vuelve polvo por el efecto de la s�bita dilataci�n y la reacci�n se acompa�a de una emisi�n de calor considerable, muy notable aun al tacto, y que se puede poner en evidencia con el term�metro m�s rudimentario. No creo que este hecho, muy curioso y f�cil de comprobar, se haya se�alado anteriormente. Por otro lado, si el cristal se expone al aire h�medo, recupera su estado inicial. |
Sabemos que las zeolitas son porosas, verdaderas esponjas, como dice Friedel,
y por lo tanto se impregnan de agua. Es esta porosidad, usualmente ocupada por
mol�culas de agua, la que les confiere a las zeolitas las propiedades notables
que iremos descubriendo. Por ahora digamos que las zeolitas son cristales tectosilicatos
porosos en los cuales la relaci�n entre el n�mero de �tomos de ox�geno (z)
y los �tomos de aluminio (x) y de silicio (y) es dos, o sea:
En un inicio, las zeolitas se clasificaron en funci�n de su apariencia externa, hoy se hace en funci�n de las caracter�sticas estructurales y de las propiedades fisicoqu�micas, aunque la clasificaci�n y nomenclatura todav�a est�n en proceso de cambio y refinamiento. En algunos casos es confusa debido a una caracterizaci�n inadecuada de zeolitas previamente bautizadas. Por lo general, los materiales sint�ticos equivalentes se describen con su nombre mineral, por ejemplo, mordenita. Los tipos sint�ticos nuevos se suelen designar con una letra o un grupo de letras que les asigna el investigador original, por ejemplo: A, X, Y, L, ZSM. As�, los tipos X y Y est�n estructural y topol�gicamente relacionados con una zeolita mineral y se les menciona a menudo como zeolitas del tipo faujasita (Cuadro 1).
LAS FAUJASITAS |
Pero volvamos a nuestra investigaci�n. Los polvos que estamos estudiando aqu� son del grupo de las faujasitas seg�n la figura anterior, ya que su f�rmula es la de una zeolita X o Y. Centr�monos entonces en este grupo. La estructura de la X y la de la Y son similares: estructura c�bica constituida por celdas elementales de cerca de 192 tetraedros (Si, Al)O4. Al escribir (Si, Al)O4 queremos decir que son tetraedros de un silicio o de un aluminio combinados con cuatro ox�genos. La estructura es sorprendentemente estable y r�gida. De hecho, son las zeolitas m�s "huecas" de todas pues cerca del 50% del volumen de los cristales deshidratados de las zeolitas faujasitas es espacio vac�o (Cuadro 1). Ese espacio es el que se llena de agua cuando la zeolita se encuentra al aire.
La composici�n qu�mica de las faujasitas est� dada por:
en donde M es un cati�n de valencia n, o lo que es lo mismo:
En esta �ltima f�rmula se ponen de relieve los tetraedros AlO2 y SiO2. Aqu� hay 59 �tomos de Al para 133 de Si. El n�mero x de tetraedros con un aluminio en su centro, en las zeolitas X, var�a de 96 a 77. En la zeolita Y, x es de alrededor de 76 a 48. Por lo tanto, la muestra que estamos estudiando es una zeolita Y. M�s convencionalmente se utiliza el par�metro R que es la raz�n entre el n�mero de �tomos de Si (y) y el n�mero de �tomos de Al (x)
El valor de R var�a de 1 a 1.5 si se trata de una zeolita X, pero oscila entre 1.5 y 3 en la zeolita Y. Recordemos adem�s que los resultados del an�lisis elemental indicaron que esta zeolita s�lo contiene sodio adem�s del aluminio, el silicio y el ox�geno. Por ahora, entendemos c�mo a partir de tetraedros de silicio o de aluminio se forma la red de zeolita. La presencia de los aluminios origina una deficiencia de carga el�ctrica local que se traduce en centros �cidos.* Luego, la capacidad de intercambio i�nica ser� alta. En las faujasitas, como ya se mencion�, dichos iones pueden ser Na, K, Ca, etc., y se sit�an en la red de la zeolita, pero �d�nde exactamente?
Figura 10. Localizaci�n de los sitios I, II y III en la red de una zeolita faujasita.
Si se analiza cuidadosamente la figura 10 se comprobar� que hay varios tipos de cavidades (gran cavidad, cavidad sodalita y prisma hexagonal) en las cuales se pueden encontrar los sodios. En esta figura, adem�s de la representaci�n convencional de la zeolita, hemos incluido una esquematizaci�n de la red, en dos dimensiones, para se�alar las posiciones conocidas como sitios.
Fueron los cristal�grafos los que demostraron que los sodios se suelen colocar en los sitios I, II y III. Es m�s, los cationes, con la deshidrataci�n, se ven obligados a abandonar posiciones en las que estaban vinculados (coordinados) con mol�culas de agua cercanas a los ox�genos de la red. En promedio, por celda unitaria, 7.5 iones de Na+ se suelen encontrar en el sitio I, 30 Na+ en el II y alrededor de 20 Na+ en sitios I'. Adem�s, hay que imaginarse una cierta cantidad de cationes que, con el agua, se comportan como una soluci�n fuerte y flotan libremente en la red.
En monocristales de faujasitas tratadas con sales acuosas de calcio Ca+2 (n�tese que las cargas positivas de los iones met�licos corresponden a las valencias met�licas) y luego deshidratados, se ha demostrado que los iones calcio prefieren los sitios I a los sitios II. En esos sitios las cargas positivas de los iones met�licos quedan balanceados por un n�mero igual de cargas negativas.
En zeolitas Y intercambiadas con lantano, iones La3+ se encuentran en el sitio I a temperatura ambiente pero se mueven al sitio II a 700°C. Este efecto adem�s es reversible. Sin embargo, al contrario de lo que acontece con el agua, los cationes no tienen la libertad de abandonar los cristales a menos que se les sustituya por su equivalente electroqu�mico o por otros cationes, ya que hay que neutralizar la carga ani�nica de la red del aluminosilicato. Vislumbramos que, debido a la movilidad de los iones y la posibilidad de intercambiarlos, las zeolitas presentan propiedades fisicoqu�micas pr�cticas. Por ejemplo, �por qu� no usarlas como intercambiadores de iones en el tratamiento de aguas duras, como veremos m�s adelante?
CUADRO 1. Clasificaci�n de algunas zeolitas (de particular inter�s en nuestro
caso ser�n las faujasitas y las pentasil).
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INTERCAMBIO |
DE IONES |
Por procedimientos cl�sicos de intercambio que describiremos en el siguiente p�rrafo se pueden sustituir parte de los iones sodio de las zeolitas faujasitas por cationes de otro tama�o y otra carga. �sta es una de las caracter�sticas esenciales de todas las zeolitas. En efecto, as� se consigue modificar considerablemente sus propiedades y ajustar la zeolita a los usos m�s diversos.
El intercambio cati�nico se puede efectuar de varios modos:
1) Intercambio en contacto con una soluci�n salina acuosa (intercambio hidrot�rmico) o con un solvente no acuoso;
2) Intercambio en contacto con una sal fundida. Por ejemplo, una zeolita A, originalmente con calcio, se pone en contacto con nitratos de litio, potasio o rubidio fundidos hacia 350°C;
3) Intercambio en contacto con un compuesto gaseoso. Por ejemplo, una zeolita faujasita Y, originalmente en su forma Na, se pone en contacto con HCl anhidro o NH3, hacia 250°C.
En general, es el intercambio hidrot�rmico el procedimiento m�s utilizado en el caso de las zeolitas. Intercambiemos entonces, seg�n dicho procedimiento, el Na+ de nuestra faujasita por iones (Ca+2). Hay que poner en contacto una cierta cantidad de zeolita faujasita (sodio) con una soluci�n acuosa de una sal de calcio (como el nitrato de calcio).
A continuaci�n representamos de modo esquem�tico la superficie de una zeolita en forma s�dica que se intercambia con iones de calcio. Expl�citamente se muestran los �tomos de silicio (Si), aluminio (Al), ox�geno (O), sodio (Na) y calcio (Ca). Las paredes de los canales que forman la superficie interna est�n tapizadas de iones de ox�geno. Estos canales contienen un arreglo regular de cationes cuya carga depende de qu� tan mala sea la coordinaci�n local o del efecto de pantalla debido a los iones ox�geno de la red. Estos canales contienen un arreglo regular de cationes:
Un solo calcio es suficiente para equilibrar las cargas de los dos grupos A1O4. En la estructura real la carga negativa no se localiza en un solo tetraedro sino que queda distribuida sobre varios ox�genos, de tal modo que entre seis y doce de ellos est�n vinculados con el cati�n.
Un caso interesante por sus propiedades �cidas es la obtenci�n de la zeolita
Y en su forma hidr�geno. Este material se obtiene remplazando los sodios por
mol�culas de NH4+
que por calentamiento se descomponen en NH3
y H+:
Se ha obtenido una zeolita sin cationes met�licos; se le conoce como decationizada. La localizaci�n exacta de los iones H+ en la estructura no est� clara.
El intercambio de iones en las zeolitas depende de:
1) La naturaleza de las especies cati�nicas, o sea, del cati�n, de su carga etc.
3) La concentraci�n de las especies cati�nicas en soluci�n.
4) Las especies ani�nicas asociadas al cati�n en soluci�n.
5) El solvente (la mayor parte de los intercambios se efect�an en soluci�n acuosa, aunque tambi�n algo se hace con solventes org�nicos) y,
6) Las caracter�sticas estructurales de la zeolita en particular.
Es bien sabido que los sitios I son los m�s dif�ciles de intercambiar en los prismas hexagonales. El rubidio y el cesio quedan excluidos debido a su tama�o: son demasiado grandes para pasar a trav�s de aberturas cuyo di�metro es de 2.2 �.
Adem�s, el intercambio de cationes en las zeolitas implica alteraciones dr�sticas de la estabilidad y el comportamiento fisicoqu�mico de la zeolita. Por si fuera poco, el tipo de sitio var�a seg�n se trate de faujasita, mordenita o zeolita L, por ejemplo. El n�mero total de estos sitios puede exceder, y a menudo excede por mucho, el n�mero de cationes necesarios para neutralizar la carga ani�nica. Como consecuencia, los cationes y las vacancias de cationes se distribuyen en la red.
Una aplicaci�n particularmente interesante de intercambio de iones se da en la zeolita A, que se parece mucho a la faujasita, en la que, en vez de unirse las cavidades por canales hexagonales lo hacen por canales cuadrados (Figura 11). La sustituci�n de cuatro iones de sodio en los sitios tipo II de la estructura de la zeolita A, por dos iones de calcio altera la estructura cristalina de tal forma que permite la difusi�n r�pida de ciertas mol�culas de hidrocarburos* e impide el paso de otros.
Claramente, las caracter�sticas de los poros de la zeolita van a ser de primordial importancia. Es m�s, dada la regularidad de su estructura, es posible aprovecharlas para tamizar mol�culas, atrapar compuestos o absorber gases. Con el intercambio i�nico es posible alterar el tama�o de los canales por los que circulan las mol�culas; tambi�n gracias al intercambio i�nico se pueden anclar metales con propiedades qu�micas peculiares en algunas de esas posiciones. Pero nos estamos adelantando ya que estos temas se tratar�n in extenso en el cap�tulo III.
s�lido. Estado de la materia en el que una sustancia tiene tama�o y forma bien definidos y sus superficies la separan de toda la materia que la rodea.
elemento. Sustancia constituida por una sola clase de �tomos.
compuestos. Los qu�micos manejan muchas sustancias que no son elementos. Por el contrario, cada una de ellas est� compuesta de dos o m�s elementos combinados en tal forma que 1) s�lo la acci�n qu�mica puede separarlos y 2) los elementos que componen cada sustancia no pueden ser ya identificados por sus propiedades individuales originales. Tales sustancias reciben el nombre de compuestos.
celda unitaria. Las mol�culas de un cristal forman un patr�n estructural que al repetirse traslacionalmente en tres dimensiones forma el cristal. Este patr�n estructural, llamado celda unitaria, est� formado por un �tomo o una mol�cula y es el "ladrillo" b�sico con el que se construye el cristal.
f�rmula qu�mica. As� como un elemento puede ser representado por su s�mbolo, tambi�n un compuesto puede representarse por su f�rmula, que consiste en los s�mbolos de los elementos que constituyen los compuestos, colocados uno a continuaci�n del otro. Una f�rmula no dice tan s�lo qu� elementos est�n combinados en el compuesto sino tambi�n cu�nto hay de cada uno.
valencia. La capacidad de combinaci�n de un elemento en un compuesto se conoce como valencia del elemento.
enlace molecular. Ligadura qu�mica que se produce cuando se comparten los electrones y se forma una mol�cula de alguna sustancia; su naturaleza es esencialmente el�ctrica.
ion. �tomo, o grupo de �tomos cargados el�ctricamente y cuyas cargas son el resultado de la ganancia o p�rdida de uno o m�s electrones mol�cula.
mol�cula. La part�cula m�s peque�a de un elemento o compuesto que tiene todas las propiedades de ese elemento o compuesto.
energ�a cin�tica. Energ�a asociada con un cuerpo o masa en movimiento.
tetraedro. Poliedro con cuatro caras triangulares.
poliedro. S�lido limitado por todas partes por pol�gonos planos.
hex�gono. Pol�gono de 6 lados.
arcilla. Tierra compuesta de silicato de aluminio hidratado proveniente sobre todo de feldespatos, �vida de agua, impermeable y pl�stica.
feldespato. Silicato doble de aluminio y de un metal alcalino o alcalino-f�rreo, de estructura laminar y de coloraci�n d�bil.
�cidos. Los �cidos se pueden definir como soluciones que: 1) liberan H2 gaseoso cuando reaccionan con algunos metales, 2) neutralizan los efectos de las soluciones b�sicas, 3) hacen que el tornasol vire a su forma roja, 4) tienen sabor agrio.
bases. En cuanto a sus propiedades, las bases se pueden definir como soluciones que: 1) reaccionan con soluciones de sales de metales pesados para formar hidr�xidos insolubles (en algunos casos forman �xidos insolubles), 2) neutralizan los efectos de las soluciones �cidas, 3) hacen que el tornasol de color rojo vire a color azul, 4) tienen sabor amargo, 5) se sienten resbalosas al tacto.
hidrocarburo. Compuesto que contiene solamente carbono e hidr�geno.
