Wetenschap: Kokende stenen

Uit: Professioneel Schoonmaken 4, 2013

Bijzondere mineralen voorkomen kalkaanslag en grauwsluiers en zijn ook geschikt voor het vangen van onfrisse moleculen.

Toen de Zweedse scheikundige Frederick Cronsted in 1756 een mineraal onderzocht, deed hij de ontdekking van zijn leven: de aanvankelijk droge stenen, begonnen bij verhitting te borrelen en te koken. Hij noemde deze uiterst curieuze steensoort een zeoliet, afgeleid van het Griekse zein (koken) en lithos (steen).

We weten nu dat zeolieten anorganische kristallen zijn die een netwerk van minuscule kanaaltjes bevatten. Sommige zeolieten zijn in staat om in hun netwerk, als een soort spons, water op te slaan – wat als stoom ontsnapt als de zeolietstenen voldoende worden verwarmd.

Wat hebben die exotische stenen met schoonmaak of reiniging te maken? Meer dan u denkt: met een pak waspoeder of een fles wasverzachter heeft u vermoedelijk heel wat zeoliet kristallen in handen.

Hard water

Calcium- en magnesiumionen reageren gemakkelijk tot stoffen die slecht in water oplossen, en die bijvoorbeeld leiden tot de harde kalkaanslag in een snelkookpan of een wasmachine. Om die aanslag en ook een grauwsluier op ons tere wasgoed te vermijden, moeten die calcium- en magnesiumionen worden verwijderd. Dat heet het ontharden van water.

Ooit gebeurde dat door polyfosfaten aan waspoeders toe te voegen, die calcium en magnesium aan zich konden binden. Die fosfaten deden dat zeer effectief, maar een groot nadeel was dat de fosfaten na het wassen via het riool in sloten en rivieren terecht kwamen.

Voor algen zijn fosfaten een delicatesse, wat leidde tot ongeremde algengroei die de visstand bedreigde. De scheikunde vond een alternatief voor de polyfosfaten in de vorm van zeolieten met precies die kanaaltjes waar calcium- en magnesiumionen graag ingaan. Hierdoor worden deze ionen opgeborgen voordat ze in de vorm van kalk kunnen neerslaan.

Een fris dierentoilet

Zeolieten zijn opgebouwd uit de elementen aluminum, silicium en zuurstof; ze vormen zich in de natuur in basische (veelal vulkanische) oplossingen bij hoge druk en temperatuur. Dit proces kan worden nagebootst in laboratoria, waar nu de meest gebruikte zeolietsoorten vandaan komen.

Het is een scheikundig kunststukje om de vorm en grootte van zeolietkanaaltjes zo te maken dat ze heel selectief een bepaald ion of molecuul kunnen opnemen. Zo zijn er zeolieten die stikstofgas kunnen binden maar zuurstofgas ongemoeid laten.

Lucht bestaat voor tachtig procent uit stikstof en voor de rest uit zuurstof, en dus kunnen die zeolieten de lucht scheiden in zuivere stikstof en zuivere zuurstof, allebei van belang voor de chemische industrie. Andere zeolieten vangen heel specifiek bepaalde organische moleculen; hier wordt op grote schaal gebruik van gemaakt in de petrochemische industrie bij het katalytisch kraken van aardolie tot benzine en diesel.

En zeolieten die ammoniak op nemen, kunnen aan kattenbakkorrels worden toegevoegd: dat vermindert de ammoniakuitstoot.

Prof. dr. A.P. Philipse
Hoogleraar Fysische en Colloidchemie aan de Universiteit Utrecht

Reageren?