Kristallstruktur der Zeolithe

Der Grundbaustein
Die Ringstrukturen
Die drei Strukturtypen
Die Kanäle
Die Käfige
 

 

Der Grundbaustein

Das einfachste Grundbaustein in der Kristallstruktur der Zeolithe ist tetraederförmiges Molekül, aufgebaut aus einem Kation (Aluminium, Silizium, oder bei den silikatfreien Zeolithen Beryllium, Phosphor und Zink) und vier Sauerstoff-Atomen. Grafisch dargestellt sieht das Ganze so aus:
 
 
 

Die Ringstrukturen

Aus diesem tetraederförmigen Grundbaustein sind alle Zeolithe aufgebaut. Der einzelne (Al,Si)O4-Tetraeder macht jedoch noch keinen Zeolith. Dazu gehört eine spezielle Verkettung dieser Tetraeder zu Ringen, ausgeführt über die Sauerstoff-Atome an den Tetraederspitzen.
     
Der einfachste Ring ist der 4er-Ring:  
 
Etwas größer ist der 6er-Ring:  
 
Der größte Ring ist der 8er-Ring:  
 
Die nach dem Ringzusammenschluss noch freien Sauerstoff-Atome werden für weitere Verbindungen bei den nachfolgend erläuterten Strukturtypen benötigt. Dabei können die einzelnen Tetraeder zur Erreichung der notwendigen Bindung auch aus ihrer oben dargestellten theoretischen Position heraus gedreht sein.
 
 

Die drei Strukturtypen

Bekanntlich werden von der Ausbildungsform der Zeolithe in der Natur drei Gruppen unterschieden:
 
  • Faserzeolithe
  • Blätterzeolithe
  • Würfelzeolithe
 
Diese drei Gruppen lassen sich mit dem strukturell spezifischen Zusammenbau der unterschiedlichen Basiskomponenten (4er-, 6er- und 8er-Ringe) in Übereinkunft bringen.
 
  • Bei den Faserzeolithen bilden langgezogene Ketten aus 4er-Ringen, in verschiedenen Kombinationen verknüpft, dieses eindimensionale Struktursystem.
  • Bei den Blätterzeolithen bilden in zwei Richtungen vermaschte Kombinationen aus 4er-, 6er- und 8er-Ringen ein zweidimensionales Struktursystem.
  • Bei den Würfelzeolithen bilden in drei Richtungen vermaschte Kombinationen aus 4er-, 6er- und 8er-Ringen ein dreidimensionales Struktursystem.
 
 

Die Kanäle

Durch die Ringbildung des Grundbausteines (Al,Si)O4 entstehen im Zeolith-Kristallgitter Hohlräume. Die einfachste Form ist hierbei ein Kanal, ein theoretisch sich unendlich in eine Richtung fortsetzender Hohlraum.
 
 

Die Käfige

Teile des Zeolith-Kristallgitters enthalten nicht geschlossene Hohlräume, sogenannte Käfige, im Laufe der Kanäle. Die einzelnen Käfigtypen hier abzubilden würde den Rahmen dieser kurzen Einführung sprengen. Eine Nennung sol jedoch erfolgen:
 
  • Der doppelte 6er-Ring (zwei vertikal miteinander verknüpfte 6er-Ringe)
  • Der doppelte 8er-Ring oder d-Käfig (zwei vertikal miteinander verknüpfte 8er-Ringe)
  • Der Cancrinit- oder e-Käfig (zwei 6er-Ringe, die vertikal über 4er- und 6er-Ringe verknüpft sind)
  • Der Sodalith- oder ß-Käfig (Form ähnlich einem Oktaeder mit Würfelflächen)
  • Der Gmelinit- oder g-Käfig (zwei doppelte 6er-Ringe, verknüpft über Ketten aus 4er-Ringen)
  • Der Chabasit-Käfig (zwei doppelte 6er-Ringe, verknüpft über Ketten aus 4er- und 8er-Ringen)
  • Der Levyn-Käfig (zwei doppelte 6er-Ringe, dazwischen einfacher 6er-Ring, verknüpft mit Ketten aus 4er- und 8er-Ringen)
  • Der Erionit-Käfig (zwei einfache 6er-Ringe, vertikal mit 4er-, 6er- und 8er-Ringen verknüpft)
  • Der a-Käfig (ähnlich einem Würfel mit 8er-Ringen auf den Seiten, 6er-Ringen an den Ecken und 4er-Ringen an den Kanten)
 
Die Käfige sind in der Regel so groß, dass zusätzliche Atome oder Moleküle in das Kristallgitter mit aufgenommen werden können.
 

 
© 2001 by Ralf Scheinpflug, Lohr · Stand: 12. Sept. 2010