Характеристика вагонов 81-717(714) 11 страница

Образование мицелл характерно для водных растворов мою­щих веществ (например, мыл — щелочных солей высших жирных кислот) и некоторых органических красителей с большими молеку­лами. В других средах, например в этиловом спирте, эти вещества растворяются с образованием молекулярных растворов.

III тип — молекулярные коллоиды. Их называют так­же обратимыми или лиофильными (от греч. «филио»— люблю) коллоидами. К ним относятся природные и синтетические высокомолекулярные вещества с молекулярной массой от десяти тысяч до нескольких миллионов *. Молекулы этих веществ имеют размеры коллоидных частиц, поэтому такие молекулы называют макромолекулами.

Разбавленные растворы высокомолекулярных соединений — это истинные, гомогенные растворы, которые при предельном разведе­нии подчиняются общим законам разбавленных растворов. Рас­творы высокомолекулярных соединений могут быть приготовлены также с высоким содержанием по массе — до десяти и более про­центов. Однако молярная концентрация таких растворов мала из-за большой молекулярной массы растворенного вещества. Так, 10 %-ный раствор вещества с молекулярной массой 100 ООО пред­ставляет собой лишь примерно 0,0011 М раствор.

* О природных и синтетических высокомолекулярных соединениях и полил Мерах см, § 177,

Для получения растворов молекулярных коллоидов достаточно привести сухое вещество в контакт с подходящим растворителем. Неполярные макромолекулы растворяются в углеводородах (на­пример, каучуки — в бензоле), а полярные макромолекулы — в по­лярных растворителях (например, некоторые белки — в воде и вод­ных растворах солей). Вещества этого типа назвали обратимыми коллоидами потому, что после выпаривания их растворов и добав­ления новой порции растворителя сухой остаток вновь переходит в раствор. Название лиофильиые коллоиды возникло из предпо­ложения (как оказалось — ошибочного), что сильное взаимодей­ствие со средой обусловливает их отличие от лиофобных кол­лоидов.

Растворение макромолекулярных коллоидов проходит через стадию набухания, являющуюся характерной качественной особенностью веществ этого типа. Прн набухании молекулы рас­творителя проникают в твердый полимер и раздвигают макромо­лекулы. Последние из-за своего большого размера медленно диф­фундируют в раствор, что внешне проявляется в увеличении объема полимера. Набухание может быть неограниченным, когда конечным его результатом является переход полимера в раствор, и ограниченным, если набухание не доходит до растворения поли­мера. Ограниченно набухают обычно полимеры с особой, «трех­мерной» структурой, отличающейся тем, что атомы всего вещества соединены валентными связями. Химическая модификация поли­меров путем «сшивания» их макромолекул с целью уменьшения набухания полимера является важной стадией в производстве мно­гих материалов (дубление сыромятной кожи, вулканизация каучу­ка при превращении его в резину).

Растворы высокомолекулярных соединений имеют значитель­ную вязкость, которая быстро возрастает с увеличением концен­трации растворов. Повышение концентрации макромолекулярных растворов, добавки веществ, понижающих растворимость поли­мера, и часто понижение температуры приводят к застудневанию, т. е. превращению сильно вязкого, но текучего раствора в сохра­няющий форму твердообразный студень. Растворы полимеров с сильно вытянутыми макромолекулами застудневают прн неболь­шой концентрации раствора. Так, желатин и агар-агар образуют студии и гели в 0,2—0,1 % растворах. Высушенные студни способ-, ны вновь набухать (существенное отличие от гелей).

Застудневание является важной стадией получения волокнистых материа­лов из растворов полимеров. Свойства растворов высокомолекулярных соеди­нений с повышением их концентрации все больше и больше отличаются от свойств растворов низкомолекуляриых соединений. Это происходит в резуль­тате взаимодействия друг с другом отдельных макромолекул, приводящего к образованию надмолекулярных структур, оказывающих большое влияние иа качества изделий (волокон, пластмасс) из полимеров.

Высокомолекулярные соединения, как и любые другие вещества, при под­ходящих условиях могут быть получены в высокодисперсном — коллоидном состоянии. Такие дисперсии полимеров в нерастворяющих их жидкостях, боль­шей частью в воде, называют латекса ми. Частицы дисперсной фазы ла-тексов имеют близкую к сферической форму и размеры порядка 10—100 им.

Термин «коллоиды», что означает «клееподобные» (от греч. «колла» — клей, «еидос» — вид), возник в 1861 г., когда шотланд­ский химик Томас Грэм для разделения веществ применил диа­лиз (рис. 91). Метод диализа основан на неодинаковой способ­ности компонентов растворов к диффузии через тонкие пленки —■

Рис. 91. Схема диализа:

/ — внутренний диализнруемый раствор; 2 — наружная жидкость; 3 — диализационная мембрана (через ее поры проходят только низкомолекулярные вещества); 4 — шкив для вращения мембраны с внутренним раствором.

мембраны (из целлофана, пергамента, ни­троцеллюлозы, ацетилцеллюлозы). Этот метод широко применяют для очистки кол­лоидных растворов и растворов высокомо­лекулярных соединений. Вещества, не про­никающие через мембраны при диализе, Грэм назвал коллоидами, а вещества, спо­собные к диализу,— кристаллоидами, так как при выпаривании их растворов образовывались кристаллические осадки.

Деление веществ на кристаллоиды и коллоиды оказалось оши­бочным. П. П. Веймарн, доцент Петербургского горного института, получил ряд типичных «кристаллоидов» в коллоидном состоянии, тем самым доказав (1906 г.), что любое вещество при подходящих условиях может быть получено в коллоидном состоянии.

В 30—40-х годах XX века была выяснена химическая природа первичных частиц обратимых (лиофильных) коллоидов, оказавшихся макромолекулами. В связи с этим от коллоидной химии отделилась новая химическая дисципли­на — физическая химия высокомолекулярных соединений. Однако в силу исто­рических причин, общности молекулярно-кинетических свойств лиофильных и лиофобных коллоидов, частого образования гетерогенных структур в молеку­лярных коллоидах, а также существования многочисленных композиций из высокомолекулярных соединений и высокоднсперсных систем (например, ре­зины, многие лакокрасочные материалы, стеклопластики, пено- и поропласты) предмет коллоидной химии трактуют более расширенно, чем сказано в § 106, а именно, как физическую химию гетерогенного дисперсного состояния вещества, межфазовых поверхностей и высокомолекулярных соединений.

108. Дисперсионный анализ. Оптические и молекулярно-кине-тические свойства дисперсных систем. Дисперсионный анализ со­стоит в определении размеров частиц и удельной поверхности дис­персной фазы, а в случае полидисперсных систем также в установ­лении распределения диспергированного вещества по фракциям различного размера.

Простейшим методом дисперсионного анализа является сито­вой анализ, состоящий в рассеве исследуемого образца через сита с определенными размерами отверстий. Определив массу каждой из фракций, находят распределение исследуемого образца по фракциям разного размера. Ситовой анализ позволяет анализиро­вать порошки до 60 мкм в поперечнике. Методы дисперсионного анализа более высокодисперсных систем основываются на их опти­ческих и молекулярно-кинетических свойствах.

Взаимодействие света с веществом зависит от соотношения длины волны света и размеров частиц, на которые падает световой поток. Это взаимодействие происходит по законам геометрической оптики (отражение, преломление), если размеры объекта больше

Рис. 92. Схема лоточного ультра-Микроскопа Б. В. Дерягина и Г. Я. Власенко:

1 — кювета; 2 — hci очник света; 5 — линза; 4 — тубус микроскопа.

длины волны света. Если размеры частиц меньше половины длины волны света, то происходит рас­сеивание света в результате его дифракции. Область видимого све­та характеризуется длиной волн от 760 до 400 нм. Поэтому в моле­кулярных и коллоидных системах видимый свет рассеивается, а в проходящем свете эти растворы прозрачны. Наибольшей интенсив­ности рассеивание света достигает в коллоидных системах, для ко­торых светорассеяние является характерной качественной особен­ностью. Обнаружение в растворе пути луча источника света при рассматривании раствора перпендикулярно к направлению этого луча позволяет отличить коллоидный раствор от истинного. На этом же принципе основано устройство ультрамикроскопа, в котором наблюдения проводят, в отличие от обычного микроскопа, перпен­дикулярно направлению проходящего через объект света. Схема по­точного ультрамикроскопа Б. В. Дерягина и Г. Я. Власенко при­ведена на рис. 92. С помощью этого прибора определяют концен­трацию дисперсных частиц в аэрозолях и коллоидных растворах.

Форму коллоидных частиц, вирусов, многих макромолекул, включая мо­лекулы более крупных белков, впервые оказалось возможным увидеть на флуо­ресцирующем экране и сфотографировать с помощью электронного микроскопа, изобретенного в конце 30-х годов XX века. Длина волны потока электронов при достаточной ускоряющей разности потенциалов имеет порядок Ю^-10 м, что меньше размеров коллоидных частиц. Поэтому взаимодействие потока электронов с коллоидными частицами происходит по. законам геометрической оптики *.

На рис. 93 показаны пределы применимости оптических мето­дов исследования дисперсных систем. Коллоидные частицы прохо­дят через бумажные фильтры, но задерживаются ультрафиль­трами (мембранными фильтрами), представляющими собой гели полимеров в виде пленок. Зная радиус пор ультрафильтров, можно оценить размер коллоидных частиц.

Молекулярно-кинетическими называют те свойства, которые связаны с хаотическим тепловым движением частиц, образующих те или иные системы. Различия в молекулярно-кине-тическом поведении молекулярно-, коллоидно- и микроскопически-дисперсных систем зависят от размеров частиц, образующих эти системы, и носят количественный характер.

* Максимальное увеличение электронного микроскопа достигает 600 000 раз, а светового только 1500 раз,

К молекулярно-кинетическим свойствам дисперсных систем от­носятся броуновское движение, диффузия и седиментация.

Броуновским движением называется беспорядочное, хаотичное — подобно рою комаров, пляшущих в солнечном луче,— движение коллоидно- и микроскопически-дисперсных частиц. Это явление получило название по имени.английского ботаника Р. Броуна, впервые в 1827 г. обнаружившего под микроскопом непрерывные колебательные движения пыльцы растений в ее взвеси в воде.

А. Эйнштейн в 1905 г. и независимо от него польский физик М. Смолуховский в 1906 г. развили молекулярно-статнстическую теорию броуновского движения, доказав, что оно является види­мым под микроскопом отражением невидимого теплового, хаотич­ного движения молекул дисперсионной среды. Интенсивность броуновского движения тем больше, чем менее скомпенсированы удары, которые получает одновременно частица со стороны моле­кул среды; она возрастает с повышением температуры, уменьше­нием размеров частиц и вязкости среды. Для частиц крупнее 1—3 мкм броуновское движение прекращается. В конце первого десятилетия XX века Жан Перрен, исследуя броуновское движе­ние сферических частиц, вычислил по уравнению Эйнштейна —■ Смолуховского число Авогадро, оказавшееся в хорошем согласии с его значениями, найденными другими методами. Тем самым была доказана справедливость молекулярно-статистической теории броуновского движения и подтверждена реальность существования молекул дисперсионной среды, находящихся в непрерывном тепло­вом хаотическом движении. В настоящее время наблюдения за броуновским движением используют для определения размеров дисперсных частиц.

Скорость диффузии при постоянных температуре и вязкости среды зависит от величины и формы частиц. Медленность диффу­зии является признаком, отличающим коллоидные системы от истинных растворов низкомолекулярных веществ.

Ультра­микроскоп

Световой 2 микроскоп

Липа ■ 1

Электронный микроскоп

Грф-

Молеку лярные

Тонко ducnepCHbie

Кошидньк

Тонкая взвеси

Крупная взвесь

Седиментацией на­зывают свободное оседание частиц в вязкой среде под действием гравитационного поля. Скорость оседания прямо пропорциональна ускорению гравитационного поля Земли (g), разности плотностей частиц и окру­жающей среды, квадрату

_ Бактерии

Поры коллодийных мемдран

10"

ю

Рис. 93. Границы размеров частиц дис­персных систем и применения оптиче­ских методов определения дисперс­ности:

Пор

/ — глаз; 2 — З'льтрафнолетовый мик-10⁶нм(мт) роскоп. Для сравнения показан размер

пор бумажных фильтров (3) ультрафильтров (4),

!09. Сорбция и сорбционные процессы. Молекулярная адсорбция

Растворите/lb г ООО ® ® ® ® ® ® ®

Рис. 94. Схема гель-хроматографии:

/ — на колонку с гелем (сферические светлые частицы) на­несен исследуемый раствор; 2 — после промывания колонки растворителем.

радиуса оседающих сферических частиц и обратно пропорциональна вязкости среды (закон Стокса, 1880 г.).

Седиментируют только достаточно круп­ные частицы. Так, частицы кварца разме­ром 5 мкм оседают в воде за час на 3 см. Седиментации частиц размером 1 мкм и

менее препятствует броуновское движение. Поэтому истин­ные и коллоидные растворы, включая растворы высокомо­лекулярных соединений, седиментационно устойчивы, а сус-пен-зии — неустойчивы.

Предоставив суспензии осаждаться под действием силы тяжести, через определенные промежутки времени определяют массу частиц, накопившихся на чашечке, погруженной в суспензию на определенную глубину. Так можно установить распределение частиц по фракциям разного размера. Такой метод дисперсионного анализа суспензий получил название седиментационного анализа. Его широко применяют при изучении дисперсных систем с разме­рами частиц от 100 до 1 мкм, в частности почв и грунтов.

Применение ультрацентрифуг, в которых ускорение в миллион раз превос­ходит ускорение силы тяжести, дало возможность изучить седиментацию бел­ков и других высокомолекулярных соединений, а также вирусов.

За последние годы широкое применение для разделения высокомолекуляр­ных веществ и определения их молекулярной массы нашел предложенный Л. Поратом и П. Флодииом (Швеция) метод гель-фильтрации (гель-хромато­графии). Гель-хроматография состоит в фильтровании исследуемого раствора через колонки, заполненные зернами набухающего трехмерного полимера (се-фадекса). Набухшие зерна сефадекса представляют собой своеобразные «клет­ки», внутрь которых могут проникнуть путем диффузии только молекулы (ионы) подходящего размера. Более крупные молекулы проходят с фильтра­ционным потоком мимо зерен сефадекса (рис. 94). Набор различных марок сефадексов с возрастающим размером «клеток» позволяет отделять низкомо­лекулярные вещества от высокомолекулярных, разделять макромолекулы, изучать образование ассоциатов в макромолекулярных растворах.

109. Сорбция и сорбционные процессы. Молекулярная адсорб­ция. Сорбцией (от латинского «sorbeo» — поглощаю, втягиваю) называют любой процесс поглощения одного вещества (сорб-тива) другим (сорбентом), независимо от механизма погло­щения. В зависимости от механизма сорбции различают адсорб­цию, абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию.

Адсорбцией называют изменение концентрации вещества иа границе раздела фаз. Адсорбция происходит на любых межфа-еовых поверхностях, и адсорбироваться могут любые вещества. Адсорбционное равновесие, т. е. равновесное распределение веще­ства между пограничным слоем и граничащими фазами, является динамическим равновесием и быстро устанавливается. Адсорбция Уменьшается с повышением температуры.

В ряде случаев поглощение одного вещества другим не огра­ничивается поверхностным слоем, а происходит во всем объеме сорбента. Такое поглощение называют абсорбци-ей. Примером процесса абсорбции является растворение газов в жидкостях. По­глощение одного вещества другим, сопровождающееся химиче­скими реакциями, называют хемосорбцией. Так, поглощение аммиака или хлороводорода водой, поглощение влаги и кис­лорода металлами с образованием оксидов и гидроксидов, погло­щение диоксида углерода оксидом кальция — примеры хемосорб-ционных процессов. Капиллярная конденсация состоит в ожижении паров в микропористых сорбентах. Она происходит вследствие того, что давление паров над вогнутым мениском жид­кости в смачиваемых ею узких капиллярах меньше, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре.

Таким образом, сорбционные процессы различны по их меха­низму. Однако любой сорбционный процесс начинается с адсорб­ции на границе соприкасающихся фаз, которые могут быть жид­кими, газообразными или твердыми.

Как указывалось в § 106, все самопроизвольные процессы на границах раздела фаз происходят в направлении уменьшения свободной поверхностной энергии. Следовательно, положительная адсорбция, приводящая к повышению концентрации вещества в пограничном слое, возможна только в том случае, если при этом уменьшается величина поверхностного натяжения.

Рассмотрим взаимосвязь поверхностного натяжения растворов с адсорбцией на границе раздела жидкость|газ. Поверхностное натяжение растворов зависит от природы растворителя и раство­ренного вещества, от концентрации последнего и от температуры. Зависимость поверхностного натяжения растворов при постоянной температуре от концентрации растворенного вещества называют изотермой поверхностного натяжения. Растворенные вещества или понижают поверхностное натяжение растворителя, и в таком слу­чае их называют поверхностно-активными веществами (ПАВ), или повышают поверхностное натяжение (поверх ност-но-инактивные вещества), или не влияют на величину по­верхностного натяжения растворителя (рис. 95). В водных раство­рах поверхностно-активны полярные органические соединения (спирты, кислоты, амины, фенолы). Поверхностно-инактивно боль­шинство сильных электролитов.

Поверхностно-активные вещества делятся на две большие подгруппы: 1) истинно рас­творимые в воде и 2) мицеллярные коллои-

Рис. 95. Изотермы поверхностного натяжения рзстворов (0—по­верхностное натяжение, С — концентрация раствора):

2 — растворы поверхяостно-актявных веществ (ПАВ) с боль­шей (1) и меньшей (2) поверхностной активностью; 3 раствор поверхностно-активного вещества,

109. Сорбция и сорбционные процессы. Молекулярная адсорбция

Рис. 96. Изотерма поверхностного из­бытка (Г) в растворах поверхностно-активного вещества.

Структура поверхностного слоя: а — чистый растворитель; б — ненасыщен­ный моиомолекулярный слой ПАВ; в — насыщенный мономолекулярный слой ПАВ.

ды. ПАВ первой подгруппы представляют собой ди-фильные молекулы с корот­кими углеводородными ра дикалами, а ПАВ второй подгруппы—дифильные молекулы с длинными углеводородными радикалами,.малорастворимые в воде.

Разность концентраций растворенного вещества в поверхност­ном слое и в таком же слое внутри объема раствора называют поверхностным избытком этого вещества и обозначают греческой буквой Г («гамма»). ПАВ положительно адсорбируются в поверх­ностном слое и, следовательно, для них Г > О, поскольку это приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Напротив, по-верхностно-инактивные вещества адсорбируются отрицательно, т. е. их концентрация в поверхностном слое меньше, чем в объеме раствора (Г<0). При этом поверхностное натяжение несколько возрастает в результате того, что в растворах сильных электроли­тов поверхностные молекулы воды втягиваются внутрь раствора с большей силой, чем в чистой воде.

Пример изотермы адсорбции для поверхностно-активного ве­щества показан на рис. 96. Как видно, с увеличением концентра­ции раствора Г достигает предельного значения (Гоо), когда весь поверхностный слой занят молекулами ПАВ, вытеснившими моле­кулы растворителя. В таких насыщенных мономолекулярных по­верхностных слоях молекулы ПАВ правильно ориентированы — своей полярной группой к полярной фазе (например, воде), а не­полярным углеводородным радикалом — к неполярной фазе (на­пример, воздуху), образуя подобие частокола.

Аналогично изменяется пограничное натяжение и происходит адсорбция третьего компонента на границе двух несмешивающихся жидкостей.

Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел также происходит в результате уменьшения свободной поверхностной энергии. Ввиду трудности измерения поверхностного натяжения твердых тел, об адсорбции на них судят, непосредственно опре­деляя количество адсорбированного вещества. Последнее тем больше, чем больше поверхность адсорбента. Поэтому для осу­ществления адсорбционных процессов весьма важно создание вы­сокопористых адсорбентов с развитой внутренней поверхностью, которую характеризуют удельной поверхностью, т. е. поверхностью, приходящейся на 1 г сорбента. Важнейшими пористыми сорбен­тами являются активный уголь и силикагель. Поглощающая

способность угля подмечена еще в XVIII веке. Однако лишь в 1915 г. Н. Д. Зелинский* разработал способ получения активных углей, предложив их в качестве универсальных поглотителей от­равляющих веществ, и совместно с Э. Л. Кумантом сконструировал угольный противогаз с резиновой маской. Один из первых способов активирования древесного угля состоял в обработке его перегре­тым паром для удаления смолистых веществ, образующихся при сухой перегонке древесины и заполняющих поры в обычном угле. Современные методы получения и исследования активных углей в нашей стране разработаны М. М. Дубининым **. Удельная по­верхность активных углей достигает 1000 м² на грамм. Активный уголь является гидрофобным адсорбентом, плохо поглощает пары воды и очень хорошо — углеводороды.

Для поглощения паров воды широко применяют гидрофильный адсорбент, представляющий собой аэрогель обезвоженной крем­ниевой кислоты и получивший название с ил и к а геля. Промыш­ленность изготовляет ряд марок силикагеля с различным размером и распределением пор.

В отличие от поверхности жидкостей, не все точки поверхностей твердых тел равноценны в отношении их адсорбционной способ­ности. При малых концентрациях газов адсорбция-происходит мо-, номолекулярно по наиболее активным участкам адсорбента — его «активным центрам», представляющим собой отдельные атомы или группы атомов поверхности, силовое поле которых наименее насы-. щено. При адсорбции газов, находящихся при температурах ниже их критической температуры, мономолекулярная адсорбция с уве­личением давления может переходить в полимолекулярную.

Повышение температуры и понижение давления приводят к де­сорбции газов и паров. Вследствие этого сорбционно-десорбцнон-ные методы широко применяют в промышленности для извлечения различных веществ из воздушной среды, а также для разделения газов и паров.

* Николай Дмитриевич Зелинский (1861—1953), академик, Ге­рой Социалистического Труда, основатель крупной школы химиков-органиков. Ему принадлежат классические работы в области органического катализа, а также по химии нефти и получению из нее многих ценных продуктов. ** Михаил Михайлович Дубинин (род. 1901 г.) — академик, лау­реат Государственных премий, глава крупной научной школы в области сорб­ции. Ёнес большой вклад в разработку современных представлений о механизме сорбции газов и паров, а также методов получения и исследования сорбентов*

При адсорбции растворенных веществ из растворов на твердых адсорбентах всегда, в той или иной степени, происходит также адсорбция растворителей. Поэтому адсорбция из растворов носит конкурентный характер между поглощением растворенных веществ и растворителя. Адсорбироваться могут как растворенные неэлек­тролиты, так и электролиты. В связи с этим различают молекуляр­ную и ионную адсорбцию из растворов.

С целью уменьшения адсорбции растворителя при молекуляр­ной сорбции из водных растворов обычно применяют гидрофобный адсорбент — активный уголь, а при сорбции из неполярных раство­рителей (углеводородов) гидрофильный адсорбент — силикагель. Адсорбция протекает по активным центрам адсорбента, часто мо-номолекулярно и высокоизбирательно. Изотермы молекулярной адсорбции из растворов, так же как газов и паров, имеют вид кривой, приведенной на рис. 96. Десорбцию, осуществляемую с по­мощью жидкостей, обычно называют элюцией, а жидкости или растворы, применяемые для этих целей, элюентами.

Сорбция может происходить в статических или в динамических условиях» Сорбцию называют статической, когда поглощаемое вещество (сорбтив), находящееся в газообразной или жидкой фазе, приведено в контакт с неподвиж­ным сорбентом или перемешивается с ним. Статическую активность сорбента характеризуют количеством поглощенного вещества на единицу массы сор­бента в определенных условиях.

Динамической сорбцию называют в том случае, когда поглощаемое вещество находится в подвижной жидкой или газообразной фазе, которая фильтруется через слой сорбента. Динамическую активность адсорбента харак­теризуют временем от начала пропускания адсорбтива до его проскока, т. е, до появления его за слоем адсорбента (Н. А. Шилов, 1917 г.). В промышлен­ности сорбционно-десорбционные процессы, как правило, осуществляют в ди­намических условиях, так как это обеспечивает непрерывность технологических процессов и возможность их автоматизации.

НО. Ионообменная адсорбция. При адсорбции электролитов преимущественно адсорбируются или катионы, или анионы, кото­рые заменяются на эквивалентное количество ионов того же знака из адсорбента. Раствор остается при этом электронейтральным. Таким образом, адсорбция электролитов происходит путем экви­валентного обмена ионов одинакового знака, а потому получила название ионообменной адсорбции. Ионообменный механизм ад­сорбции электролитов первоначально был подмечен агрономами и почвоведами при вытеснении одних ионов почвенных электролитов другими. К. К. Гедройц* доказал (1918 г.) эквивалентность об­мена катионов в почвах и создал учение о почвенном поглощаю­щем комплексе (высокодисперсной органоминеральной части поч­вы), обусловливающем способность почв удерживать необходимые растениям растворимые соли в доступной для корневого питания форме.

* Константин Каэтанович Гедройц (1872—1932) — академид, лауреат Ленинской премии, крупнейший почвовед-агрохимик. Основоположник учения о почвенном поглощающем комплексе и его роли В плодородии почв^ автор многих методов химического анализа почв.

Неорганические и органические материалы, способные к обмену ионов, получили название ионитов. Их делят на катиониты (для обмена катионов) и аниониты (для обмена анионов). Разнообразные синтетические ионообменные материалы химиче­ской промышленностью выпускаются в виде зернистых порошков, волокон и мембран.

Рис. 97. Схема ионного обмена в зер­нах катионита (а) и анионита (б).'

Ka⁺Cl

NaTl

Потенцналопределяющие — иоко-генпые гр\ппы, химически связан­ные с каркасом понита: соответст­венно Э и Q. Катионит в Н ⁺ -форм^, аиионит в ОН'-форые; Н⁺ и ОН — ноны, которые в растворе NaCl об­мениваются, соответственно, на ионы Na⁺ и Cl".

Органические и неор­ганические иониты нерас­творимы в воде. Они пред­ставляют собой трехмер­ный каркас, в который включены несущие заряд группы атомов, называе­мые потенциалопределяю-щими ионами. Ионы противоположного знака называют противо-ионами. Они связаны с потенциалопределяющими ионами каркаса электростатическими силами, а потому способны к обмену на дру­гие ионы. Так, структуру стекла составляет трехмерная сетка кремнекислородных (силикатных) ионов. В пустотах этой трехмер­ной кремнекислородной решетки находятся катионы щелочных или щелочноземельных металлов, удерживаемые электростатическими силами и способные к обмену на другие катионы (в частности, на ионы водорода).

Дата добавления: 2014-11-16