Šikovné zeolity a první pomocníci na míru

Zeolity jsou přírodní krystalické minerály složené především z křemíku, hliníku a kyslíku (obr. 1). Člověk je využívá po staletí. Ve starověku sloužily jako stavební materiál pro paláce a veřejné budovy. Další pole působnosti se otevřela v polovině minulého století, spolu s první syntézou těchto porézních hlinitokřemičitanů v laboratorních podmínkách. Nyní existuje 225 typů struktur zeolitů a číslo stále roste. Některé z nich jsou známy stále jen z přírody a v laboratoři nebyly dosud vyrobeny, mnohé byly naopak připraveny pouze uměle a jejich přírodní ekvivalent dosud nebyl objeven.

Co na nich vidíme

Zeolity mají oproti jiným krystalickým materiálům unikátní vlastnosti vyplývající z jejich systému mikroporézních kanálků. Velikost vstupních oken do těchto kanálků je udávána počtem T atomů, tedy atomů křemíku či hliníku, které je vytvářejí. U běžných zeolitů se velikost pohybuje v rozmezí T 4 až 14, s rozměry v řádech nanometrů (0,3 až 1,5 nm). Díky tomu mají tyto materiály relativně velký vnitřní povrch. Pro porovnání, pouhých 12 gramů zeolitu o vnitřním povrchu 500 m²/g má díky pórovité struktuře přibližně stejně velký povrch jako fotbalové hřiště. Pouhý jeden gram zeolitu má ve struktuře póry několikrát delší než je vzdálenost Země–Slunce (obr. 2).

Díky svému velkému vnitřnímu povrchu se zeolity často používají jako adsorbenty, tedy látky, které vážou do své struktury různé molekuly (od vody až po skleníkové plyny jako oxid uhličitý, oxidy dusíku a další). Velikost a tvar vstupu do kanálků také určuje, které molekuly mohou pronikat do kanálového systému a které tam v důsledku velikosti již neproniknou. Tento síťový efekt zvaný tvarová selektivita je obzvláště významný při chemických reakcích a používá se i pro separace (oddělování různě velkých molekul).

Z chemického hlediska zeolity patří mezi pevné kyseliny. Přestože mají většinou podobu bílých prášků, síla jejich kyselosti je srovnatelná s kyselinou sírovou, jednou z nejsilnějších anorganických kyselin. Velkou výhodou zeolitů oproti anorganickým kyselinám (kyselina sírová, fluorovodíková, chlorovodíková a další) je však jejich nezávadnost pro přírodní prostředí.