Көмір бетіндегі алмасу адсорбциясы

Кө мірдің полярлығ ының болмайтындығ ы бізге мә лім. Ендеше ол полярлы заттарды адсорбцияламау керек. Алайда кө птеген тә жірибелер кө мірдің электролиттер иондарын таң дамалы адсорбциялап ғ ана қ оймай, онда алмасу адсорбциясы да болатынын кө рсетті. Практикалық жағ ынан кө мір негізгі қ ажетті адсорбент болғ андық тан, онда болатын алмасу адсорбциясының себептеріне тоқ талайық. Ағ аш кө мірінің алмасу адсорбциясына қ абілеттілігі аз да болса онда болатын анорганикалық заттардың болуымен тү сіндіруге болады. Мысалы, метилендік кө ктің ерітіндісінен бояудың катионын адсорбциялап, ал ерітіндіге тү ссіз Са⁺⁺ катионын алмастырады. Алайда алмастыру алмасу адсорбциясына бойында ешқ андай анорганикалық қ осылыстар болмайтын таза кө мірлердің ө здері де бейім екен. Бұ ның себебін А.Н.Фрумкин дамытқ ан электрхимиялық тү сініктер мен Н.А.Шилов жә не оның мектебінің ұ сынғ ан беттік қ осылыстар туралы тү сініктер бойынша тү сіндіруге болады. А.Н.Фрумкин кө мірді сутекпен қ анық қ ан платина сияқ ты газдық электрод деп қ арастырып, кө мірдің бетінде сутектің адсорбциясы оны алу ү дерісінде жә не активация кезінде болатынын айтты. Дә л осы сияқ ты кө мірді алғ анда, активтендіру жә не сақ тау кезінде ол аздап оттекті де адсорбциялануы мү мкін. Сол себепті қ андай газбен қ анық қ анына байланысты кө мір иә сутектік, иә оттектік электрод тә різді қ асиет кө рсетеді. Егер кө мір бетіне сутек адсорбцияланса, онда ол су мен жанасқ анда сутек ионын тү зеді. Бұ нда сутек атомы электронның доноры, ал кө мір - акцепторы болады:

Бұ ндай кө мірдің ә рине ерітіндідегі катиондар мен алмасу адсорбциясына қ абілеттілігі бар. Мысалы, егер ерітіндіде ас тұ зы болса, онда алмасу адсорбциясын былайша кө рсетуге болады:

Бұ нда кө мірді қ ышқ ылдық адсорбент деп қ арастыруғ а болады. Ал адсорбция нә тижесінде ерітінді қ ышқ ылданады, яғ ни ерітіндініө рН-ы азаяды. Ал егер кө мір бетінде оттек адсорбцияланса, онда ол сумен жанасқ анда электрондардың доноры болады да, оттек акцепторы болады.

Тұ рақ сыз О^2- ионы сумен ә рекеттесіп гидрооксиль иондарын тү зеді:

Ә рине бұ ндай кө мір ерітіндіде болса, оның негіздік адсорбенттік қ асиет кө рсететінін кө руге болады. Ендеше ол ө зінің гидроксиль иондарын кез келген иондарғ а алмастыра алады.

Бұ ндай алмасу адсорбциясының нә тижесінде бейтарап ерітіндіміз негіздік қ асиет кө рсетеді, яғ ни ерітіндінің рН-ы кө бейеді. А.Н.Фрумкиннің теориясының дұ рыстығ ын мынадан кө руге болады. Егер кө мір бетінен адсорбцияланғ ан газды кетіретін болсақ, онда кө мір ерітіндідегі иондарды жұ ту (яғ ни алмастыру) қ абілеттілігін жоғ алтады.

Н.А.Шилов кө мірдегі алмасу адсорбциясын басқ аша тү сіндірді. Оның теориясы бойынша активтендірген кө мірді алу жә не оны активтендіру кезінде кө мір бетінде адсорбенттің кристалдық тормен тығ ыз байланысқ ан оксидтердің ө те жұ қ а қ абаты пайда болады. Мысалы:

Бұ л оксидтер сумен ә рекеттесіп бір жағ дайда карбоксилдік топ тү зуі мү мкін. Мысалы:

Ондай жағ дайда олар сутек ионын катиондармен алмастыратын болады. Ал басқ а бір жағ дайларда сумен ә рекеттесіп гидрооксиль топтарын беруі мү мкін. Мысалы:

Бұ ндай жағ дайларда олар гидрооксиль иондарын басқ а бір аниондармен алмастыратын болады. Бірінші жағ дайда кө мірді катиондық адсорбент деп қ арастырсақ, екінші жағ дайда оны аниондық адсорбент деп қ арастыруғ а болады. Егер кө мірді алу жә не активтендіру аралық жағ дайда жү ретін болса, онда жоғ арғ ы да айтылғ ан бірінші мен екінші топтарымыз бірдей тү зіледі де, кө міріміз амфотерлік қ асиет кө рсетеді. Мысалы:

Бұ ндай аралық жағ дайда ерітіндінің рН-ы алмасу адсорбциясы нә тижесінде ө згермейді. Егер анық тап қ арасақ кө мірдегі алмасу адсорбциясының А.Н.Фрумкин жә не Н.А.Шилов жасағ ан теориялары бір-бірін жоқ қ а шығ армайтынын, бір қ ұ былысты ә ртү рлі кө зқ араспен тү сіндіретінін байқ ауғ а болады.