2. sedimento natural terroso y de
grano fino o depósito mineral que es
plástico cuando se humedece
1. Domínguez, J. M. ; Schifter, I. “Las Arcillas: El Barro Noble”,
fondo de Cultura Económica, La ciencia 109, México, 1992
2. Searle, A. B. ; “Refractary Materials”, Griffinj Ed., Londres
1984
3. La capa SIMA, rica en hierro y
magnesio y con algunas partes
de sílice, aluminio y otros
elementos de carácter básico
3. Thomas, J. M. Thomas, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1988, 27, 1673
4. La arcilla conocida como bentonita
contiene, 50% de montmorillonita y el
resto otros materiales4.
Estructura Química:
-filosicato
tipo 2:1 ó tetraédrica-octaédrica-
tetraédrica, “tot”5
4. Knight, W. C., Eng. Mining. J., 1898, 15, 347
5. Berry, L.G., Mason, B. y Dietrich, R.V., “Mineralogy: Concepts, Descriptions, Determinations”, 2nd. Ed., W.H.
Freeman and Co., San Francisco, 1983
5. Cada unidad tetraédrica de tetraedros de SiO4 unidos
por tres vértices
La unidad octaédrica es también
un arreglo bidimensional de
Al(OH)2O4
Si
O
O
O
O
OH
OH
Al
O
O
O O
6. La bentonita
Si de las estructuras externas Al Fe, Mg ó Li
Sustitución Isomórfica, carga negativa neta
compensada por los iones Ca++, Na+, K+ o H+ ubicados en los espacios
intercapa
(Na,1/2Ca)x (Si8)(Al4-xMgx)O20(OH)4. nH2O
7. PROPIEDADES :
•Suele expresarse:
SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, K2O, Na2O y TiO2, además de agua.
•Un factor importante es la presencia de sitios ácidos
•Presenta actividad como catalizadores:
•M(H2O)x
n+ M(H2O)x-1
(n-1)+ OH + H+
•Donde este equilibrio depende de la naturaleza del ion metálico
8. ácidos de Lewis y de Brônsted en su superficie o interior
Basicidad carga negativa
de los átomos de
oxígeno ligados al Al
Acidez cuando
produce una vacante
en Al
Acidez de Lewis
9. La acidez de Brönsted
Kazansky y cols indican que la acidez de las zeolitas se debe a la capacidad de estabilizar la carga negativa
desarrolladla en la red cristalina cuando el protón es desplazado por una base.
La distribución de los átomos de Al dentro de la estructura afecta y puede aumentar la acidez,
menos Al más ácida
Regla de Loewenstein
Rodeado de Si evitando
enlaces Al-O-Al
10. El número de centros ácidos y su fortaleza depende de varios parámetros:
La relación Si/Al y la naturaleza del catión de intercambio, esta determina el
contenido de cargas negativas en la red y, por ello, de cationes.
La relación Si/Al está relacionada con la propiedad de adsorción (hidrofobicidad-
hidrofilicidad).
En general, la hidrofobicidad aumenta a medida que disminuye el contenido de Al
en la red.
La estabilidad térmica de estos materiales es mayor cuando más desaluminizado
este el material.
11. Una característica estructural es la existencia de grupos Silanol (SiO4)
En la deshidratación a temperatura entre 200-400ºC, se llega a la formación de
grupos siloxano (O3Si-O-SiO3)
y también de radicales sililoxi (O3Si-O.) y de dímeros (O3Si-O-O-SiO3)
En ambos casos, el enlace silicio-oxígeno es excepcionalmente fuerte y los
radicales sililoxi son especies oxidantes altamente reactivas
Cornelis A. y Lazlo P. Janssen Chimica Acta Special Ed., 1992, 21
Notas del editor
Se define como cualquier sedimento natural terroso y de grano fino o depósito mineral que es plástico cuando se humedece, formado por partículas muy pequeñas cuyo tamaño es inferior a 4 micras
La capa SIAL situada entre 40 y 100 km de profundidad, es rica en sílice y aluminio y es de tipo ácido.
Estas capas son considerara como la parte directa de todas las formaciones minerales que afloraron a la superficie por medio de las erupciones de los volcanicas
La arcilla conocida como bentonita se define actualmente como un aluminosilicato que contiene, cuando menos un 50% de montmorillonita y el resto otros materiales arcillosos en menor proporción4.
Es un filosilicato constituido por capas laminares unidas de dos unidades tetraédricas externas y un octaédrico interno
(filosicato de tipo 2:1 o también tetraédrica-octaédrica-tetraédrica, “tot”5
Existen diversos informes sobre la localización y composición de la bentonita y la mentmorillonita
Cada unidad tetraédrica presenta un arreglo polimérico bidimensional de tetraedros de SiO4 unidos por tres vértices a manera de formar anillos hexagonales
Así, en una unidad estructural, formada por 20 átomos de oxígeno y 4 grupos hidroxilo, existen 8 sitios tetraédricos y 6 octaédricos.6
A este proceso de cambio de los átomos originales por otros de menor valencia se le conoce como Sustitución Isomórfica
En el caso de la bentonita, el Si de las estructuras externas es reemplazadas por Al y raramente por Fe, y también el Al de la unidad interna puede ser reemplazada por otros átomos como Fe, Mg o Li
A través de una Sustitución Isomórfica, lo que origina la formación de una carga negativa neta, compensada por los iones Ca++, Na+, K+ o H+ ubicados en los espacios intercapa
Suele expresarse en términos de contenidos de los óxidos básicos:
Llegan a presentar diferentes composición, área superficial, tamaño y volumen de poro, dependiendo del lugar de donde ha sido extraído y tratado.
Un factor importante en catálisis por sólidos inorgánicos es la presencia de sitios ácidos de Lewis y de Brônsted en su superficie o interior poroso
Se ha explicado su actividad como catalizadores en reacciones en base a la acidez de Brônsted, otorgada por los iones H+ ubicados en la zona de intercapas, o más comúnmente por la disociación del agua según la siguiente ecuación
Por otro lado los sitios ácidos de Lewis en los cationes metálicos estructurales expuestos y capaces de aceptar electrones de un ligante, aunque también los cationes metálicos intercambiables pueden funcionar como ácidos de Lewis.
En este caso, las moléculas de agua son un factor que afecta la acidez de Lewis, ya que solvatan o están coordinadas con aceptores potenciales de electrones, de tal manera que si una arcilla puede actuar como ácido de Lewis para una molécula de agua, ésta puede ser removida para dejar esos sitios disponibles
La acidez de Lewis ocurre cuando se produce una vacante sobre un aluminio
estructural tricoordinado (o por especies de aluminio fuera de la red), mientras que la basicidad de Lewis resulta de la carga negativa de los átomos de oxígeno ligados a los aluminios tetraédricos.
O2 es potencialmente básico, y su fuerza básica está determinada por su capacidad de ceder un par de electrones a un ácido, lo que está relacionado con su densidad de carga negativa
Las moléculas de agua son un factor que afecta la acidez de Lewis. Así una arcilla actúa como ácido de Lewis en presencia de agua
La acidez de Brönsted de las zeolitas es debida a la presencia de protones como iones de compensación de la carga negativa de los átomos de aluminio en la red
cristalina.
El protón, ligado a uno de los oxígenos vecinos al átomo de aluminio, genera una especie llamada ion oxónio, cuyo enlace OH posee carácter covalente, resultando en
enlace débil
Kazansky y cols han analizado el espectro del enlace OH en la región
Un modelo usado para describir este fenómeno ha sido propuesto por Pine y cols. [10] y obedece la regla de Loewenstein, que exige que cada grupo de AlO4 - este circundado por cuatro átomos de Si. De esta forma no es posible tener enlaces de tipo Al-O-Al y mientras menos átomos de Al hay en la red, más aislados están los grupos AlO4 - y más ácida es la zeolita.
del infrarrojo cercano y han observado que, a pesar de que los materiales presentan un
amplio rango de acidez, el desplazamiento de vibración de OH es muy pequeño
La densidad de átomos de Al en el interior de los microporos define una mayor o menor polaridad de los espacios interiores permitiendo controlar la hidrofobicidad-hidrofilicidad.
Por lo tanto, las zeolitas pueden presentar centros ácidos y básicos, dependiendo de sus características y composición. Estas propiedades ácidas o básicas determinan su aplicación como catalizadores heterogéneos en muchos procesos químicos de la industria del petróleo tales como el craqueo catalítico, hidrocraqueo, proceso Fischer- Tropsch, etc.
De los aluminosilicatos es la existencia de grupos silanol (SiO4), los cuales algunos son terminales