Ионная адсорбция

Адсорбция из растворов (молекулярная).

В процессе адсорбции из растворов участвуют три вещества: адсорбат, адсорбент и растворитель. Процесс в этом случае осложняется тем, что на адсорбенте может адсорбироваться не только адсорбат, но и растворитель, тем самым, снижая адсорбцию адсорбата.

Молекулярную адсорбцию изучал русский ученый П.А. Ребиндер. Он сформулировал правило выравнивания полярностей: на полярных адсорбентах лучше адсорбируется полярные адсорбаты, из малополярных растворителей, на неполярных адсорбентах лучше адсорбируется неполярные адсорбаты, из полярных растворителей. То есть подобное растворяется в подобном, но труднее из него адсорбируется. Все гидрофильные вещества (силикагель, глина, оксид магния, гидроксид алюминия) хорошо адсорбируют полярные вещества из неполярных жидкостей. Все гидрофобные вещества (уголь, графит, парафин, целлюлоза, крахмал) хорошо адсорбируют неполярные вещества из полярных жидкостей.

Механизм молекулярной адсорбции лежит в основе одного из самых современных методов лечения – гемосорбции – очистки крови от токсических веществ с помощью различных адсорбентов. В медицине это называют гемоперфузией и используют при почечной и печеночной недостаточности, сильными отравлениями барбитуратами, фосфорорганическими и хлорсодержащими (дихлорэтан, тетрахлорметан ир др.) соединениями. Все эти вещества неполярны, кровь – полярный растворитель, значит, адсорбцию надо проводить в колонке с неполярным адсорбентом (уголь). Если произошло отравление спиртами (полярные вещества), то этот метод становится не пригоден. Здесь необходимо использовать аппарат «искусственная почка» - трубка с биологической мембраной с одной стороны, которой пропускают кровь, а с другой – физиологический раствор. В результате согласно законам осмоса происходит выход вредных веществ из крови.

Если на адсорбент действовать растворами электролитов, то будет происходить ионная адсорбция. Необходимым условием адсорбции ионов является наличие на поверхности адсорбента либо полярных молекул, либо ионов. Адсорбционная способность ионов на адсорбенте увеличивается с увеличением их заряда. При одинаковых зарядах адсорбционная способность увеличивается с увеличением их радиуса. В соответствии с этим правилом ионы располагаются в лиотропные ряды: Cs⁺ > Rb⁺ > K⁺ > Na⁺ > Li⁺; J^- > Br^- > Cl^- >F^-; K⁺ < Ca²⁺ < Al³⁺. Различают несколько видов ионной адсорбции:

1. Избирательная адсорбция. Правило Фаянса: на поверхности кристалла адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки адсорбента. Например: адсорбент – йодид серебра, адсорбат – йодид калия, адсорбироваться будут ионы йода.

2. Ионно-обменная адсорбция. В данном случае раствор электролита и адсорбент обмениваются в эквивалентных количествах одноименно заряженными ионами.

Адсорбентами могут быть природные алюмосиликаты (цеолиты) или синтетические ионно-обменные смолы, которые представляют собой органические вещества, в состав которых входит Н⁺, тогда соединение называют катионит, ОН^- - анионит, и Н⁺ и ОН^- - амфолит. Эти вещества способны обменивать ионы водорода и гидроксид ионы на катионы и анионы, находящиеся в растворе.

АДН⁺ + Na⁺ = АДNa ⁺ + Н⁺ - катиониты очищают раствор от всех катионов кроме катионов тяжелых металлов.

АДОН^- + NО₃^- = АДNО₃^- + ОН^- - аниониты очищают раствор от всех анионов.

Амфолиты способны поглощать и катионы, и анионы. Это используется для устранения жесткости, которая обусловлена присутствием ионов кальция, магния, сульфат. В качестве амфолитов используют пермутиты (соли алюминия).

Ионно-обменные смолы можно регенерировать, пропуская через них ионы натрия. В медицине используют катиониты для консервирования крови. Кальций крови замещают на натрий катионита, процесс свертывания прекращается. Для снижения ацидоза крови используют замену ионов водорода крови на ионы натрия катионитов.

Явление адсорбции лежит в основе многих физико-химических методов исследования, в том числе и хроматографии.

Дата добавления: 2014-01-07