人工ゼオライトの陽イオン交換容量について

質問

人工ゼオライトの性質の１つに陽イオン交換容量があると思うのですが、これはどういった仕組みなのでしょうか？
また、人工ゼオライトにはカルシウム型、ナトリウム型、鉄型など様々な型があると思うですが、それぞれの型の違いによって何が違ってくるのかも教えて頂きたいです。

回答No.1

umaibocomp

まずゼオライトがなぜ陽イオン交換能を有するかについてです。
これは参考URL先にもあるように、ゼオライトの内部はケイ素(Si,4価)の一部がアルミニウム(Al,3価)が置き換わり、負に帯電しています。この状態は非常に不安定であり、容易にカチオン(+イオン)を取り込みます。
このカチオンは結晶構造に取り込まれているわけではなく、静電相互作用によって安定に存在しているだけです。

さて、例えばNa+が内部に存在しているとき、そこにCa2+のような価数の大きなイオンが近づいてくるとどうなるでしょうか？
負に帯電している場所ではCa2+の方がより大きな静電相互作用を生むため、こちらの方が安定に存在することが出来ます。したがってNa+はCa2+に交換されます。このようにどちらがゼオライト内部で安定に存在できるカチオンなのかによってイオン交換は起こります。

ナトリウム型、カルシウム型、鉄型の違いは内部のカチオンの価数がNa+,Ca2+,Fe3+のように違います。
そのため交換できるカチオン種が異なってきます。Fe3+なら1価や2価のものとは交換できないので、交換する対象のカチオンによって使い分けられます。

ただし、単純に価数だけによって決まるものでもなく、イオン半径等にも左右されます。交換されやすさの序列については温度やpHにも依存するので、注意してください。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/ゼオライト

お礼

回答ありがとうございます。
非常に良くわかりました。