Как просеять молекулы?

Друзья, с момента основания проекта прошло уже 20 лет и мы рады сообщать вам, что сайт, наконец, переехали на новую платформу.

Какое-то время продолжим трудится на общее благо по адресу https://n-n-n.ru.
На новой платформе мы уделили особое внимание удобству поиска материалов.
Особенно рекомендуем познакомиться с работой рубрикатора.

Спасибо, ждём вас на N-N-N.ru

Блог компании RUVDS.com. Все мы в своей жизни, наверное, видели, как просеивают муку перед приготовлением кулинарных изделий. При этом целью просеивания является отделение муки от комочков и загрязнителей. А возможно ли нечто подобное и для микроскопических объектов, например, молекул? Ведь это открыло бы очень интересные возможности!

Как ни удивительно, но подобное существует, весьма активно применяется на практике и так и называется — молекулярные сита. В их качестве выступают своеобразные минеральные пористые кристаллы, носящие название «цеолитов».

Природные цеолиты

В качестве таких минералов выступает довольно большая группа водных алюмосиликатов кальция, натрия и ряда других металлов.

В целом силикаты, то есть соединения кремния, распространены в горных породах. Например, известное соединение кремния с кислородом — кварц — входит в состав практически любого песка. Или, например, глина (смесь алюмосиликатов), доля которой может доходить до 75% от состава осадочных пород.

Возникновение алюмосиликатов в земной коре является сложным геологическим процессом, в ходе которого они образуются в процессе взаимодействия с подводными водами, насыщенными растворёнными солями.

В таблице ниже приведён перечень известных природных цеолитов:

molekuly1.pngКартинка: В. А. Соколов, Н. С. Торочешников, Н. В. Кельцев — «Молекулярные сита и их применение»

Со временем у перечисленных минералов были открыты свойства, изучение которых и привело к открытию молекулярных сит.

В 1925 году в ходе исследования немецкими учёными материала шабазита было обнаружено, что у него есть любопытные адсорбционные свойства. На тот момент были известны только адсорбционные свойства таких материалов, как уголь, силикагель, глины. При этом в ходе исследования свойств шабазита выявилось, что он отличается от уже известных адсорбентов.

Например, шабазит легко адсорбировал пары воды, спиртов, а также муравьиной кислоты. Но при этом он совершенно не мог адсорбировать бензол, ацетон и эфир, которые хорошо адсорбировались уже известными ранее адсорбентами.

Подобная избирательная адсорбция входила в противоречие с существовавшими тогда научными представлениями о её природе и вызывала недоумение.

Свою теорию на причину такого поведения шабазита выдвинул английский учёный Мак-Бен, который считал, что наблюдаемое обусловлено размером каналов в структуре шабазита. То есть те вещества, которые шабазит может легко адсорбировать, имеют размер молекул, позволяющий им проходить внутри этих каналов, в то время как у ряда других веществ размер молекул слишком велик для прохождения в каналы и, соответственно, они и не будут адсорбироваться.

Дальнейшие исследования этого вопроса полностью подтвердили его теорию и положили начало целому направлению в науке, работающему над вопросами разделения жидких и газообразных материалов с помощью пористых структур, размер пор которых приближается к размеру соответствующих целевых молекул, а сами эти структуры получили название «молекулярных сит».

Искусственные цеолиты

После возникновения живого интереса науки к цеолитам и проведения соответствующих геологических изысканий, выяснилось, что цеолиты, которые могут быть применены в промышленности и обладают хорошими свойствами к разделению смесей, являются редкостью и, к тому же, встречаются в небольших объёмах. При этом даже материалы из существующих месторождений не совсем пригодны к использованию, так как загрязнены примесями. Кроме того, в природных условиях цеолиты не являются однородными, а представляют собой смесь цеолитов разного типа.

В связи со всем вышесказанным, у промышленности возник насущный запрос на разработку соответствующих технических процессов, позволяющих получать цеолит строго одного нужного типа, в больших объёмах и максимально недорого.

После проведения ряда работ в этом направлении выявилось, что получение искусственных цеолитов вполне реально, и, кроме того, возможно создание абсолютно новых их типов.

Подробнее
Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

Хабр