В.П. Васильев - Аналитическая химия, часть 2 (1108733), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Аииоиообменные смолы получаются также путем проведения реакций полимерн- зацин или поликонденсацин с использованием различных аминосоединеиий (фенилендиамнна, полиэтиленполиамнна и т. и.), формальдегида и др. Так были получены аниониты АН-1„АН-2Ф, амберлит. Широкое распространение получил полифункциональный анионит ЭДЭ-10П, содержащий амины различной степени замещения, включая четвертичные. Амфотерные иониты илн амфолиты способны осуществлять одновременный обмен катионов и анионов. Биполярным, или амфотерным, ионитом является продукт поликонденсации диэтилентриамина, фенола н формальдегида, так как в его состав наряду с амнногруппами входят слабокислотные фенольные группы.
Амфотерными и комплексооб. разующими свойствами обладают смолы, содержащие остатки комплексонов, например ЭДТА. Важной характеристикой ионообменника является его обм е н н а я е м к о с т ь, определяемая в первом приближении числом функциональных групп каркаса и степенью их нонизацни при данном рН раствора. Обменную емкость ионита численно можно выразить количеством молей эквивалента противоиона на единицу массы или объема смолы. В аналитической химии емкость ионита обычно выражают количеством молей эквивалента обменивающегося иона на 1 г сухой смолы в Н+-форме для катионита и СГ- или ОН -форме для анионита.
Оговорка относительно сухой смолы необходима, так как в контакте с водой смола набухает в 1,5--2 раза, а некоторые виды смол -- в 5 раз и более. Величина обменной емкости характеризуется несколькими (3...5 до 10) моль экв иона на ! г смолы. Емкость, найденную в статических условиях, когда навеску смолы помещают в раствор насыщающего иона достаточной концентрации и выдерживают при встряхивании до полного насыщения, называют статической обменной емкостью (СОЕ). Величину емкости, полученную а динамических условиях при пропускании насыщающего раствора через колонку с ионитом, называют ди н а м ической обменной емкостью (ДОЕ). Эта емкость ионита, определяемая по первому появпению насыщающего иона в вытекающем растворе.
Пол и а я об м е ни а я е м к ость (ПДОЕ) находится по полному насыщению ионита данным ионом. 17.12.2. Иоиообмеииое равновесна Взаимодействие ионообменной смолы с раствором электролита включает несколько сложных процессов, наиболее важными из которых являются собственно ионный обмен, физическая абсорбция ионов н молекул на смоле и набухание смолы зв счет поглощения растворителя и проникновения электролита внутрь смолы. Процесс собственно ионного обмена протекает стехиометриче'ски.
Если, например, катионит в водородной форме КН ввести в раствор, содержащий ионы Са'~, в системе установится равновесие: 2НК+Са' ' =СаКг+2Н г т. е в растворе появятся ионы водорода, а эквивалентное коли. честно ионов Са " будет поглощено катионитом. Аналогичный процесс обмена имеет место при взаимодействии раствора, содержащего, например, хлорид, с анионитом КОН: КОН+С! =КС1+ОН Распределение каждого иона между смолов и раствором мож но охарактеризовать коэффициентом ра с пределе ния Р: Рс *'= —.-г, или Ра-= ~цацй 1ксп Концентрация иона в растворе обычно выражается в мольГл, а в фазе ионита — молярными долями. Более строго это равновесие характеризуется кон ст а втой ионного обмена: — псе айх где и — активности частиц. Уравнение ионного обмена нередко записывают так же, как + /2Са = ~2Са + Н черта показывает принадлежность иона к где горизонтальная фазе нонита.
По Никольскому константа ионного обмена имеет вид а~ е Активности ионов и фазе смолы выражаются в ммоль экв/г смолы. Во многих случаях оказываются достаточными концентрационные константы равновесия: ~н ~~ [сай„-1 Ап'~г"'= 1с 1 пчп" . Константы обмена связаны с коэффициентом распределения соотношением Пс.," Кп'гс„"= — т— Ра Хотя количественный подход к ионообменным равновесиям на основании закона действующих масс, когда константы равнове. сия выражены через концентрации, а не через активности, является приближенным, все же он оказывается весьма полезным. На основе так называемых концентрационных констант ионного обмена могут быть, например, построены ряды сродства катионов к данной смоле, позаолюошие предвидеть возможности нонообменных разделений.
К настоящему нременн установлено несколько эмпирических закономерностей, связываюшнх константы ионного обмена со свойствами ионов. Так, в частности, найдено, что с ростом заряда сродство ионов к смоле увеличиваетсн и, например, в ряду 1а(а+ Саа+(А(~+~Тй~ оно возрастает. С повышением температуры избирательность поглощения несколько уменьшается, хотя этот эффект не очень велик. Введение в раствор веществ, способных образовывать комплексные соединения с присутствуюшими ионами, сдвигает равновесие ионного обмена, так как в результате комплексообразования уменьшается равновесная концентрация иона в растворе. !Т.13.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ Методы иоиообменной хроматографии используются преимущественно для разделения ионов. Количественные определения компонентов после разделения могут быть выполнены любым подходящим методом. Простейшая методика ионообменного разделения состоит в поглощении компонентов смеси ноннтом н последовательном элюировании каждого компонента подходящим растворителем. Например, катионы щелочных металлов легко элюируются разбавленным раствором соляной кислоты (0,1 М НС!). Выходная кривая на рнс. 17.9 показывает эффективность этого разделения. Как видно, элюирование раствором 0,1 М НС! позволяет легко разделить (5(а+ и К+. В качестве другого примера можно указать иа методику разделения ионов цнрконня (1Ч) и гафння (П7).
Для разделения эти катионы сначала переводят в аниониые сульфатные комплексы, которые поглощают анионитом. Прн последуюшем элюированин 1 М раствором НаЗОь содержащим сульфат натрия, происходит нх полное разделение: сначала вымывается гафний, а затем цирконий. Применение ионообменной хроматографии к анализу смеси лантанондов с использованием Ва в качестве элюентов растворов лактата, цитрата, ЭДТА н других К+ привело к разработке эффектив.
ного способа разделения этих элементов. На основе полученных данных была предложена и успешно осушествлена на практике технологическая схема промышленной переработки руд ланга выа ва аатвовита ионов ыа и К' нондов. раствором О ! М МС! П" 355 Известны ионообменные методики даже длн разделении изотопов. Например "К в '% могут быть разделены на сульфосмоле в виде КН1; так как оказалось„что ынн4 сорбируется хуже и потом вымывается раньше, чем мНН~~.
Ионообменные методы применяют для определения суммарного содержания катионов или авионов в растворе н для анализа растворов чистых солей. ори пропускании через катионит в Н"- форме раствора, например, соли натрия в результате ионообменного процесса в растворе появляется эквивалентное количество Н'"-ионов. Концентрация ионов Н~ в этом растворе может быть определена, например, титрованием и, таким образом, найдена концентрация гча ' в исходном растворе.
Вольщое практическое значение имеет основанный на ионном обмене процесс деминералнзации воды. Сущность его заключается в следующем. Солевой раствор нли вода, предназначенная для деминерализацин, обрабатывается одновременно катнонитом а Н ь-форме н аннонитом в ОН -форме. В результате обмена на катионите в растворе появятся Н -ионы: НК+Мэ=МК+Н+ а в результате обмена на анионите ОН -ионы: кан+х =кх+он Но Н+ и Он в растворе взаимодействуют Н++ОН =Нзо, сдвигая равновесие ионного обмена до полного извлечения ионов из раствора и получения чистой деминерализованной воды.
Та. кая вода используется в лабораториях вместо дистиллированной. Ионообменные процессы применяются также для переведения в раствор малорастворимых соединений. Для этого взвесь мало- растворимой соли МХ следуе~ обработать ионнтом Нк до наступления равновесия: МХ+НК= — Мй+Н з +Х и десорбнровать М+ с ионита подходящим растворителем. Возможность растворения будет, очевидно, определяться сродством М к К и растворимостью МХ, В настоящее время известны методики растворения г помощью ионного обмена таких осадков, как ВаЬОь АпС1 и др. Интенснвко разрабатываются электрохнмические аспекты применения ионообменных смол. Специально для электрохимических целен изготавливают так называемые ионообменные мембраны. Их почучают в аиде листов из нонообменной смолы, поэтому они обладают одновременно и свойствами ионообменникв, способного к ионному обмену, и свойствами мембраны, как полупроницвемой перегородки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
