Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Іонна адсорбція з розчинів



Сильні електроліти на відміну від недисоційованих і слабодисоційованих сполук адсорбуються у вигляді іонів. Адсорбція іонів у більшості ви­падків відбувається під дією хімічних сил, а не ван-дер-ваальсових, тому є більш складним процесом, ніж молекулярна адсорбція.

Особливості іонної адсорбції:

1. Адсорбуються іони, а не молекули;

2. Адсорбція відбувається тільки на полярних сорбентах (полярна адсорбція);

3. Адсорбція супроводжується утворенням подвійного електричного шару;

4. Адсорбція є вибірковою, тобто на кожному даносу сорбенті іони адсорбуються неоднаково.

5. Іонна адсорбція зумовлена хімічними взаємодіями;

6. Для іонної адсорбції характерна наявність обмінної адсорбції.

Іонна адсорбція може протікати за двома основними механізмами:

1) як еквівалентна або іонообмінна адсорбція;

2) як вибіркова адсорбція іонів на кристалах.

На іонну адсорбцію впливають хімічні природи сорбента та іонів.

1. Хімічна природа адсорбента

Чим більш полярним є сорбент, тим краще він сорбує іони − активних позитивних центрах собруються аніони, на активних негативних − катіони.

Адсорбент повинен бути важкорозчинним, мати певну кристалічну гратку; розчин повинен мати надлишок іонів, з яких складається кристалічна гратка адсорбенту, тобто вибіркова адсорбція відбувається в хімічних процесах, де утворюються осади.

Наприклад, за реакцією

AgNO3 + KI(надлишок) ® AgI¯ + KNO3

на осаді будуть сорбуватися іони І, оскільки вони є у надлишку в розчині і входять до кристалічної гратки речовини осаду. Іони калію не сорбуються, оскільки не входять до складу осаду, але він, набуваючи негативного заряду, притягує до себе ці іони. Внаслідок електростатичного притягання шарів іонів утворюється подвійний електричний шар.

2. Хімічна природа іонів

Вибіркова адсорбція визначається вибірковістю адсорбованих катіонів або аніонів. Правила вибіркової адсорбції сформульовані Панетом та Фаянсом.

І правило: кристалічну гратку адсорбенту добудовують ті іони, що входять до її складу, ізоморфні з її іонами та утворюють з ними важкорозчинні сполуки;

ІІ правило: На твердій поверхні адсорбенту сорбуються тільки ті іони, знак заряду яких протилежний знаку заряду поверхні адсорбенту.

Згідно з цими правилами

Основні закономірності адсорбції іонів визначаються їх фізичними властивостями: зарядом, розміром, здатністю сольватуватися. Переважно адсорбуються іони з великими валентностями. Зі збільшенням радіуса іона зростає його поляризація і зменшується гідратація. Обидва ці фактори сприяють збільшенню адсорбції іонів. Серед іонів, що утворюються еле­ментами І групи періодичної системи, адсорбційна здатність зростає в та­кому порядку: Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+.

Для двовалентних металів має місце аналогічний ряд Мg2+< Са2+ < Sr2+< Ba2+. Одновалентні аніони за своєю адсорбційною здатністю також розташовуються в ряд: Cl< Br< NO3< I< NCS. Такі рядиназивають ліотропними рядами.

Іонообмінна адсорбція

Якщо в контакті з адсорбентом, на поверхні якого вже адсорбовані які-небудь іони, ввести інший електроліт, то, як правило, спостерігається обмін іонами між поверхнею адсорбента і оточуючим розчином. Адсорбент поглинає іони з розчину, виділяючи в розчин еквівалентну кількість іонів то­го ж знаку. Можливий також обмін іонів, що виділяються в розчин внаслідок дисоціації поверхні адсорбента.

Адсорбенти, для яких властивий процес еквівалентного обміну іонів називають іонообмінниками або іонітами. В залежності від того, який вид іонів обмінюється іоніти ділять на катіоніти та аніоніти.

Найважливішою характеристикою іоніту є його повна обмінна ємність, то­бто кількість іонів, що ними обмінюється (моль-екв/г). Ця властивість залежить від природи, структури іоніту, а також у значній мірі від концентрації і рН роз­чину. Найбільш високоємні електроліти можуть поглинати до 6÷10 ммоль-екв/г.

Іоніти набули широкого використання, їх використовують для пом’як­шення і обезсолювання води – одержання води, придатної для викорис­тання в теплотехнічних пристроях, парових котлах, у харчових і фармацев­тичних виробництвах, для концентрування, уловлювання цінних іонів зі стічних вод різних виробництв тощо. В останні роки широко використову­ють іоніти цільового призначення, що мають переважно поглинаючу здатністю по відношенню до іонів певного виду.

Взагалі, в ролі адсорбентів використовують різні речовини, що відріз­няються за своєю хімічною природою і пористою структурою. Розрізняють мінеральні, карбонові та полімерні адсорбенти. Широке використання набули іоніти на основі високомолеклярних органічних смол − іоннообмінні смоли. Вони мають велику механічну міцність і хімічну стійкість. Смоли, що здатні обмінювати катіони, називаються катіонітами. Вони містять групи −SO3H, ۥ−COOH, −OH. Прикладами таких смол є фенолоформальдегідні смоли, смоли на основі сополімерів бутадієну на стиролу − КУ-2, КУ-8. Аніонообмінники містять −NH2, =NH, ºN, −N+(CH3)3CI. До них також відносяться бутадієн-стірольні полімери − .

До мінеральних адсорбентів відносять силікагелі, синтетичні і при­родні цеоліти та ін.

Широкого розповсюдження в адсорбційній техніці набули карбонові адсорбенти − активовані вугілля.

Іонообмінну реакцію за участю іонів різних зарядів можна записати наступним рівнянням:

Z2 1 + Z1M2 « Z1 2 + Z2M1,

де − сорбований метал 1 або 2, Z2та Z1 заряди металів 1 та 2.

Для характеристики іонного обміну використовується рівняння Ні кольського:

 

Особливу, надзвичайно важливу для сучасної науки і техніки роль відіграє використання сорбційних процесів для розділення складних сумішей як з препаративною, так і аналітичною метою. Метод такого розділення називають хроматографією.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.