Йонний обмін

Йонний обмін не слід плутати з адсорбцією йонів на твердій поверхні при зіткненні її з розчинами електролітів. Йонна адсорбція − явище більш складне, ніж молекулярна адсорбція, тому що адсорбент по-різному адсорбує йони, які є в розчині електроліту. Йони одного знаку утримуються сильніше, ніж йони іншого знаку, які залишаються у поверхневому шарі розчину. Утримання йонів адсорбентом визначається хімічними та електростатичними силами, які визначаються залежно від властивостей адсорбенту і самих йонів. Адсорбція йонів характеризується високою вибірковістю і має обмінний характер. На негативно заряджених поверхнях твердих адсорбентів адсорбуються переважно катіони, а на позитивно зарядженних − аніони.

Особливості вибіркової адсорбції підлягають правилу Панета-Фаянса - адсорбуються тільки йони, які здатні добудовувати кристалічну гратку твердого тіла, при цьому знаходяться у надлишку, утворюють важкорозчинні сполуки. Краще адсорбуються йони з більш високим зарядом, тому що краще притягуються до поверхні твердого адсорбенту, ніж одновалентні йони . Серед йонів однакової валентності чим більше порядковий номер елемента, тим вище його здатність до адсорбції. Максимальну адсорбцію мають йони найбільшого розміру. Ряд йонів з однаковою валентністю, розміщених у порядку за їх здатністю до адсорбції, називають ліотропним рядом:

- для однозарядних йонів

;

- для двозарядних йонів

Йонний обмін - це процес еквівалентного (стехіометричного) обміну йонами між розчином електролітів і іонітом (твердим тілом).

Іоніти (сорбенти) - нерозчинні речовини, здатні до йонного обміну при контакті з розчинами електролітів.

Іоніт має дві групи йонів (рис. 1.8), одна з них є у фазі іоніту, а інша здатна дисоціювати і є електролітом.

Рисунок 1.8 – Модель матриці катіоніту: 1 – каркас; 2 – фіксований аніон; 3 – рухомий катіон, здатний до обміну

Розрізняють катіоніти і аніоніти. Катіоніти (Каt) здатні до обміну йонів розчину: , , , , та інші. У аніонітів (Аn) обміну підлягають аніони розчину: , , та інші, при цьому каркас несе позитивний заряд. Іоніти, які виявляють амфотерні властивості, мають назву амфолітів.

Розрізняють природні та синтетичні іоніти. До природних відносять алюмосилікатні матеріали − гідрослюду, цеоліти, монтморилоніт та інші. До синтетичних іонітів відносять йонообмінні смоли, сульфовугілля, йонообмінні целюлози, які мають функціональні групи , , , .

Йонообмінна здатність іонітів обмежена. Вона характеризується обмінною ємністю, яка показує, яке число г-екв йонів здатне до йонного обміну у 1кг безводного іоніту. Її визначають стосовно 0,1N розчину (для катіонів) чи 0,1N розчину (для аніонітів).

Багатозарядні йони утримуються іонітом сильніше, ніж однозарядні. Існують ліотропні ради йонів стосовно іонітів (див. вище).

Дуже широко застосовують метод йонного обміну для очищення води від розчинених солей (знесолення). Для цього її пропускають послідовно через катіоніт в - формі і аніоніт в - формі, при цьому катіони і аніони поглинаються іонообмінними смолами, а звільнені йони гідрогену та гідроксилу утворюють воду.

,

.

Різні тканини рослинних і тваринних організмів беруть участь в іонному обміні в певних інтервалах регенераційних циклів.

Іонний обмін має місце у ґрунті. Ґрунт являє собою дисперсну систему, до складу якої входять нерозчинні у воді органічні і органомінеральні сполуки, алюмосилікатні сполуки, які формують каркас – іоніт. Внаслідок великої поверхні іоніт має підвищену адсорбційну і йоннообмінну здатність (катіонообмінну). Катіонообмінні властивості є основною причиною надходження багатьох катіонів важливих для рослин, які переходять у рослини з ґрунту за схемою

Дата добавления: 2014-01-05