Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Правила ионной адсорбции






 

· На сорбенте адсорбируются либо катионы, либо анионы.

· Адсорбированный ион удерживается на поверхности очень прочно, и адсорбция часто носит необратимый характер.

· Адсорбционная способность ионов сильно зависит от их заряда. Чем больше заряд иона, тем сильнее он притягивается противоположно заряженными микроучастками поверхности. Катионы различной валентности по их адсорбционной способности можно расположить в следующий ряд:

К+ < < Са2+ < < Al3+ < < Th4+

· На адсорбционную способность ионов одинакового заряда сильно влияет их радиус. Ряды ионов, составленные в порядке увеличения их способности адсорбироваться, называются лиотропными рядами, или рядами Гофмейстера.

Однозарядные катионы можно поставить в следующий ряд

по возрастающей способности адсорбироваться:

Li + < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+.

Для двухзарядных катионов это будет следующий ряд:

Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+.

Однозарядные анионы по их возрастающей способности

адсорбироваться располагаются в такой последовательности:

Cl < Br < NO3 < I < NCS.

Различают два особенно важных случая адсорбции ионов: специфическая и обменная адсорбция.

 

Специфическая ионная адсорбция

Специфическая адсорбция наблюдается в условиях, которые определяются индивидуальной химической природой адсорбента и адсорбируемого электролита. Эта совокупность необходимых условий может быть сформулирована в виде положения, известного под названием правила Пескова – Фаянса:

на поверхности твердого тела адсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки этого тела либо изоморфные с ними.

Иными словами, избирательно адсорбируются ионы, способные принять участие в достройке кристаллической решетки твердой фазы. Например, иодид серебра AgI практически нерастворим в воде. Кристаллы AgI состоят из чередующихся в узлах кристаллической решетки ионов Ag+ и I-.

В растворе, содержащем ионы К+, Са2+, Al3+, Ag+, NO3-, SO42-, кристаллы иодида серебра адсорбируют ионы серебра Ag+ (рисунок 5, а).

 
 

 

 


а: в растворе ионы К+, Са2+, Al3+, Ag+, NO3-, SO42-

 
 

 


б: в растворе ионы К+, Са2+, Al3+, NO3-, SO42-, I-

Рис. 5. Специфическая адсорбция ионов из раствора на кристалле AgI

 

Соответственно из раствора, содержащего ионы К+, Са2+, Al3+, NO3-, SO42-, I- на кристалле AgI адсорбируются ионы иода I (рисунок 5, б).

Таким же образом на поверхности не растворимых в воде кристаллов BaSO4 могут адсорбироваться ионы Ba2+ или SO42–.

Поскольку адсорбируются заряженные частицы (ионы), то поверхность, заполненная ими, приобретает заряд. Поэтому специфически адсорбирующиеся ионы носят название потенциалопределяющих ионов; они определяют величину электрического потенциала поверхности и его знак. К заряженной поверхности электростатически притягиваются оставшиеся в растворе ионы противоположного знака (противоионы), образуя около поверхности двойной слой ионов.

Таким образом, при адсорбции ионов электронейтральность раствора остается ненарушенной.

Рисунок 5 схематически иллюстрирует пример специфической адсорбции электролитов на иодиде серебра. В растворе AgNO3 поверхность кристалла заряжается положительно, поскольку на ней адсорбируются ионы Ag+, достраивающие кристаллическую решетку AgI. В растворе KI поверхность кристалла заряжается отрицательно, поскольку на ней адсорбируются ионы I, достраивающие кристаллическую решетку AgI.

 

Ионообменная адсорбция

 

Значительный практический интерес представляет ионообменная адсорбция, при которой более адсорбционно-активные ионы вытесняют с поверхности адсорбента менее адсорбционно-активные ионы. В результате протекания такого процесса в раствор вместо адсорбировавшихся катионов (анионов) переходит эквивалентное количество десорбировавшихся (вытесненных) с поверхности адсорбента ионов соответствующего знака заряда.

Адсорбенты, способные к ионному обмену, называют ионитами. Это твердые тела (матрица), содержащие в своем составе подвижные ионы, способные при контакте с водным раствором обмениваться на ионы, содержащиеся в растворе.Они встречаются в природе (некоторые силикаты, цеолиты), а также изготавливаются искусственно (сульфоугли и др.) или синтезируются (ионообменные смолы).

Иониты, способные к катионному обмену, называют катионитами, а к анионному обмену – анионитами.

Для проведения ионообменной адсорбции ионит помещают в колонку и пропускают через колонку раствор, содержащий ионы (рисунок 6).

На практике, в основном, используют катиониты в Н-форме, которые содержат подвижные ионы водорода, способные обмениваться на катионы, содержащиеся в растворе. В этом случае катионообменный процесс можно записать следующим образом (например, для иона Na+):

Катионит (Н+)+ Na +(раствор) ® Катионит (Na +) + Н+(раствор).

 

 
 

 

 


Рис. 6. Ионообменная адсорбция

 

Аниониты, в основном, используются в ОН-форме, они способны обменивать анионы, содержащиеся в растворе, на ионы гидроксила. Анионообменный процесс можно записать следующим образом (например, для иона Сl-):

 

Анионит (ОН) + Сl- (раствор) ® Анионит (Сl-) + ОН(раствор).

 

Из описанных свойств ионитов следует, что пропуская воду, содержащую растворенные соли, последовательно через катиониты и аниониты, можно достичь практически полного обессоливания её, не прибегая для этого к дистилляции.

В результате такой очистки в воде вместо катионов и анионов появятся ионы Н+ и ионы ОН, которые при взаимодействии образуют воду, вода обессолится.

Отработанные катиониты легко регенерируются обработкой их растворами сильных кислот (2-3% НСl или H2SO4):

Катионит (Ме2+) + 2НС l(раствор) ® Катионит (2Н+) + МеCl2 (раствор).

Подобным же образом регенерируются отработанные аниониты обработкой их растворами щелочей (5% NaOH или КОН):

Анионит (Аn2–) + 2NаОН (раствор) ® Анионит (ОН)2 + Na2An (раствор).

Регенерированные иониты снова пригодны к использованию.

Иониты нашли широкое применение во многих отраслях науки и техники: для водоподготовки, очистки сточных вод, приготовления питьевой воды из морской, при извлечении редких элементов из растворов, при крашении тканей, в сельском хозяйстве, в медицине и т.д.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.009 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал