Introducción a los minerales: Zeolita

Hola a todos, en esta entrada marcamos el inicio de un nuevo campo de estudio, investigación y desarrollo en Ingenio Triana, los minerales.

 

Como bien sabemos, la naturaleza completa nuestras necesidades en todas su formas de manifestarse, y estas, no siempre se satisfacen únicamente con las plantas. También lo hacen los elementos de origen animal y mineral.

Hay gente que piensa que las plantas lo curan todo, pero aunque el espectro de acción es grande, a veces, es necesario recurrir a otros recursos como son los minerales.

Estas piedras y rocas que vemos por diferentes terrenos, son conocidas desde la antigüedad y han mantenido un vínculo de unión con el hombre desde tiempos inmemoriales. 

Ya sea para la edificación, industria o como joyas y piedras preciosas, también hemos aprendido a utilizar sus propiedades curativas y beneficiosas para la salud.

Para comenzar el estudio e investigación, comentaremos algunas de las propiedades de un mineral que últimamente esta dando mucho de que hablar, la zeolita.

-La fórmula general de la composición de una zeolita es:

 

M_x/n[(AlO₂)_x(SiO₂)y]mH₂O

 

Donde los cationes M de valencia n neutralizan las cargas negativas en la estructura del aluminosilicato.

-Definición:

Las zeolitas naturales son rocas ó minerales no metálicos de origen volcánico, perteneciente al grupo de alumino-silicatos hidratados, compuestos por aluminio, sílice,  hidrógeno y oxígeno, y cationes intercambiables de Ca, Mg, y K, organizados en una estructura tridimensional tetraédrica, altamente estable. Posee una red de cavidades, canales y microporos conectados entre  sí.

-Nomenclatura para su nombramiento y clasificación:

La denominación de las zeolitas y las estructuras relacionadas es sistemática. Algunas estructuras fueron nombradas como minerales padres o naturales, con nombre común (por ejemplo, sodalita, faujasita), mientras que otros fueron nombrados por los investigadores después de haberlos sintetizado (por ejemplo, ZSM [Zeolita Socony Mobil]). Desafortunadamente, esto condujo a que las mismas zeolitas sintetizadas por diferentes rutas tengan diferentes nombres, en algunos casos, hasta 20 nombres comerciales diferentes refiriéndose al mismo compuesto.
  La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) introdujo una estructura de código de tres letras para tratar de simplificar las cosas, la zeolita A y la zeolita siliconrich ZK-4, tiene la misma estructura de trabajo y se denominana como LTA. Del mismo modo, la ZSM-5 y su relación rica en silicio, silicalita, tienen la misma estructura y se designan como IMF. Las zeolitas también se escriben a menudo como M-[zeolita], donde M se refiere al catión particular, en la estructura por ejemplo, Ca-zeolita.


-Cationes intercambiables; Capacidad de filtrado y absorción:

Las estructuras de zeolitas Si/Al-O son rígidas, pero los cationes no son una parte integral de la estructura y, a menudo, se denominan cationes intercambiables, por lo que son bastante móviles y fácilmente reemplazados por otros cationes (de ahí su uso como materiales de intercambio catiónico). La presencia y posición del catión en las zeolitas es importante por varias razones.
 
La sección transversal de los anillos y los canales en las estructuras puede ser alterado, cambiando el tamaño o la carga (y por lo tanto el número) de los cationes, y esto afecta de manera significativa el tamaño de las moléculas que pueden ser adsorbidas.

Las ventanas a los canales forman así un tamiz tridimensional con anchos de malla entre 300 y 1.000 pm, por lo que se reconocen a los silicatos cristalinos como “tamiz molecular”. Por lo tanto, las zeolitas tienen grandes áreas de superficie internas y altas capacidades de sorción para moléculas suficientemente pequeñas que se hagan pasar a través de las ventanas hacia sus cavidades. Pueden ser utilizadas para separar mezclas.


-Estructura molecular:

Las unidades principales de construcción de zeolitas son los tetraedros.

Estructuras de zeolitas construidas a partir de unidades de sodalitas:
 a) sodalita (SOD), b) zeolita A (LTA), c) faujasita (zeolita X y zeolita Y) (FAU) y d) zeolita Rho. 
SU corresponde a unidad sodalita y LC a gran cavidad. (Langmi & McGrady, 2007)



-Propiedades:

•  Elevada capacidad de intercambio catiónico:

Su aplicación mejora el suelo, incrementando la fertilidad de los cultivos, reduciendo las pérdidas de nutrientes por lavado y mejorando la eficiencia de uso de los fertilizantes químicos.

•  Elevada capacidad de absorción de agua:

Dado el importante volumen de poros y cavidades (0.12 cm³/g), el mineral manifiesta un gran poder   de absorción y retención de agua de forma reversible, pudiendo almacenar hasta un 30 % de su peso en agua.

•  Alta resistencia a la pulverización:

Debido a su resistencia mecánica, soporta grandes esfuerzos y tensiones durante su manipulación y almacenamiento, manteniendo estable su estructura y propiedades, asegurando una presencia estable en  los suelos por prolongados periodos de tiempo, ello  favorece la textura de los suelos, reduciendo la compactación, mejorando con ello la aireación del sistema radicular.

•  Alta selectividad catiónica:

Unido a sus propiedades de adsorción e intercambio catiónico, presentan una alta selectividad para la fijación e intercambio de cationes, dentro de los cuales se encuentran: el amonio (NH4+), potasio  (K+), sodio (Na+), calcio  (Ca2+) y otros iones  metálicos como hierro (Fe3+), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc(Zn), plomo (Pb) y cadmio (Cd ). Lo anterior provoca que el mineral pueda ser utilizado para la remoción de los elementos antes encionados, tanto  en aguas de riego como en suelos contaminados con los mismos. 


-Aplicaciones:

Las zeolitas naturales poseen propiedades físicas y químicas de absorción, intercambio iónico y catálisis que han sido utilizadas en diferentes aplicaciones industriales. Estas propiedades en su interacción con el medio biológico, su estabilidad, la escasa toxicidad y mínimo riesgo biológico, permiten su utilización en la salud y en la nutrición humana y animal. Varios productos con actividad terapéutica se han desarrollado empleando la Clinoptilolita natural purificada y modificada para el tratamiento de las patologías que sufren los pacientes y en usos agrícolas para el aprovechamiento de fertilizantes y reducir el impacto medioambiental que causan.

•  Beneficios para el suelo:
  
  
  •  Mejora sus propiedades físicas tales como estructura, retención de humedad, aireación, porosidad, densidad, ascensión capilar, reduciendo la compactación de los suelos.
  
  
  •  Aumenta el  pH,  y la capacidad de intercambio  catiónico total del suelo.
  
  
    Reduce los contenidos elevados de metales en el suelo, que pudiera ser tóxico para las plantas como Hierro, Aluminio, Plomo, Cadmio y otros.
  
  
  •  Facilita una mayor  estabilidad de  los  contenidos de  materia  orgánica  del  suelo,  reduciendo  las pérdidas de materia orgánica por  mineralización.
    
  •  Mejora la retención  y uso  de  los nutrientes,  lo que  permite  incrementar  en  un  25-50% la eficiencia  de  uso de  los  fertilizantes  minerales que  se aplican  tradicionalmente.
  
  
  •  Al aumentar la retención de humedad en el suelo, permite reducir las dosis de riego en más de 15%.  Para ello las zeolitas forman un depósito permanente de agua, asegurando un efecto de humedad prolongada, hasta en épocas de sequedad.
  
  
  •  Reduce el lavado o pérdidas de nutrientes en la propagación ó crecimiento de plántulas, siendo  un efectivo medio para  el enraizamiento, y producción  de plántulas.
  
  
  •  Las condiciones físico-químicas de los suelos arenosos mejoran con la aplicaciónde la zeolita, debido a que aumenta su capacidad retenedora de  humedad, y en los suelos arcillosos mejora también las condiciones físicas, reduciendo la compactación  de los mismos y mejorando la capacidad de penetración de agua en ellos. 
  
  
  •  La estructura porosa de  la zeolita al mantener el suelo  aereado, mejora  también su actividad biológica. 
  
  
  •  Aumenta  la  acción  de  las  bacterias nitrificantes, al  suministrar una  superficie  ideal  para  la adherencia de  las mismas,  favoreciendo  también su  reproducción y  con ello también  el aumento de la población de bacterias benéficas que atacan los hongos patógenos.
  
  
  •  Facilita al solubilización parcial   del Fósforo (P),  natural  ,mediante  intercambio con los cationes  de calcio de las rocas fosfóricas.
  
  
  Un ejemplo de su aplicación para el cultivo del tomate es una proporción de 20 a 40 gramos por planta. Dependiendo de la variedad, estas dosis pueden variar, pero se encuentran la gran mayoría dentro de este rango. Para su aplicación en árboles y frutales, la dosis puede aumentar hasta 500 a 1000 gramos por árbol.
  
  
•  Beneficios para la salud:

Las zeolitas para el consumo humano son las zeolitas micronizadas ya que las que la no micronizada no es apta para nuestro consumo. Estas afirmaciones han sido previamente utilizadas para el consumo animal y su control y utilización están dosificados en proporciones adecuadas sin causar efectos adversos.

La zeolita es capaz de eliminar los metales pesados en la sangre. 
La zeolita es alcalina, puede regular la acidez y puede por ello  elevar el pH del tracto intestinal. Esta capacidad puede resultar beneficiosa para tratar enfermedades que no se puedan desarrollar en un ambiente alcalino. El incremento resultante en la alcalinidad puede interferir con la acción de algunas drogas o medicamentos.

• Beneficios para el medio ambiente:Además de proteger los suelos, la zeolita puede ayudar a contribuir en una mejor absorción de fertilizantes, especialmente los nitrogenados, que causan un impacto negativo en todos los ecosistemas, por su filtración a las aguas subterráneas y su transporte a rías y lagos próximos, causando la eutrofización.Esta es una concentración anormal de nutrientes inorgánicos en el ecosistema acuático, lo que hace que algas y plantas crezcan fuera de control.
  Optimizar la fertilización nitrogenada es de vital importancia no sólo para proteger los ecosistemas, sino para optimizar cultivos y hacerlos más rentables económicante. En el campo de la agricultura, el uso de la zeolita sería una opción viable.

-Efectos adversos de la zeolita:

La zeolita no es digerible cuando la tomas de forma oral. Las investigaciones animales han mostrado que es absorbida pobremente en el sistema digestivo. Si los suplementos orales de zeolita causan efectos en los humanos es desconocido. Sin embargo, cuando es inhalada, el polvo puede causar mesotelioma, un cáncer que afecta el revestimiento de los pulmones. Las partículas también pueden producir cambios anormales en algunos glóbulos blancos. La zeolita puede interactuar con medicamentos como aspirina, tetraciclina, fenobarbital y algunas drogas de quimioterapia.






-Referencias bibliográficas:

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/401540/exe/leccin_1_composicin_y_estructura.html 

http://bvs.sld.cu/revistas/ang/vol_11_2_11/ang09211.htm 

https://ojoalclima.com/zeolita-el-mineral-de-los-mil-usos/