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ゼオライトは固体酸触媒として石油の生成や有機溶媒の水分除去なんかで用いられていると聞きました。固体酸触媒と言うのは触媒の表面に酸性を示す官能基(-COOHなど)がついているらしいのですがゼオライトは二酸化ケイ素を主成分とするものでそういったものは付いていないように見えます。また、酸であるのに水中で上手く酸として機能しないといいます。どうしてこのような奇妙な現象が起こるのでしょうか?化学初心者なので教えていただきたいです。

A 回答 (2件)

ゼオライトは固体酸触媒として石油のクラッキングでガソリンや灯油を作るために使用される個体触媒です。

酸性を示す官能基=COOHではありません。ゼオライトの表面ではSiOHとなっています。このOHの酸素はSiとの結合が強ためSiO⁻とH⁺になり酸性を示します。エステルを加水分解する時硫酸などの酸を触媒に使いますが、硫酸と反応するような場合ゼオライトを使います、反応は遅いのですが高い収率で目的物が出来ますし、触媒を除去するのも簡単です。石油の場合タールにゼオライトが混ざったままになりますが、ゼオライト含有タールはそのままアスファルトで使われます。その時、ゼオライトは砂と同じでアスファルトに悪影響はありません。
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固体酸には多くの種類がありますが、ゼオライトの場合はケイ素とアルミニウムから出来ています。

それではなぜ固体酸なのか、それは四配位の-O-Si-と三配位の-O-Al-がどうしても周期的に並ばずアルミニウムが三配位で露出してしまう事になるからです。そのため内部空間が出来、三配位のアルミニウムが固体酸として働きます。これは奇妙な現象ではなく、非常に美しい幾何学的現象です。
「ゼオライト」「結晶」「内部空間」などをキーワードに牽くと、下記のような論文を見つけることが出来ます。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/shigentosoz …
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