ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перенос ионов и концентрационная поляризация из "Курс коллоидной химии" Для бинарного симметричного электролита в свободном растворе = с° у. [c.215] Если ионы поверхностного слоя (ДЭС) составляют заметную долю от всех ионов в капиллярной системе, следует выяснить изменение чисел переноса — /г, в системе (по сравнению со свободным раствором), обусловленное неравным участием ионов. ДЭС в переносе электричества. Число переноса противоиона (а с ним — и Ап) увеличивается с ростом доли участия поверхностного избытка в переносе, т. е. с уменьшением г и с. Очевидно,, что п+ может изменяться от до 1 (при с+ .2 . г .), а Ап — от О до (1 п ) = п . [c.215] Следовательно, величина Ап, как и а, характеризует долю участия ДЭС в ионных потоках. Уравнения, связывающие Ап и а, были получены в работах ЛГУ [3, с. 191]. [c.215] Мембраны, изменяющие лг, называются электрохимически активными или ионоселективными. Тогда, когда в переносе участвуют только противоионы ( = 1, подвижные ионы другого знака отсутствуют), говорят об идеальной электрохимической активности (или селективности) мембран. [c.216] Основное следствие способности мембран к изменению п — изменение концентраций ионов в растворах, соприкасающихся с мембраной, при прохождении через систему постоянного тока. [c.216] Такое же значение составит и баланс анионов в этом слое, поскольку из растворов поступает — (д/гЗ ) а уходит в мембрану т = д1г )п.. Дт-- = — д1г ) ,п- = (д г )Ап+ О, поскольку —Д = Дп+, согласно (XII. 57). Равенство Дт+ = соответствует принципу электронейтральности. [c.216] Таким образом, в растворе с катодной стороны (в общем случае, со стороны, принимающей противоионы) после прохождения тока наблюдается увеличение концентрации раствора, с анодной стороны (посылающей противоионы)—i/лieн6шeн e с это легко доказывается посредством аналогичных рассуждений. Определяя аналитически изменения Лт, в растворах, можно по (ХП.61) найти Дп экспериментально. В работах ЛГУ была подтверждена теоретическая зависимость Дл от г и с для ряда капиллярных систем [3]. [c.216] Рассмотренные явления весьма существенны для процесса электродиализа. Э л е к т р о д и а л и з — это диализ (см. гл. II) коллоидных растворов в электрическом поле, широко используемый для очистки их от электролитов, а также для удаления электролитов из воды, с целью ее опреснения, и извлечения ионов из промышленных стоков. [c.217] Рассмотрим классическую схему трехкамерной ячейки для электродиализа (рис, XII. 24). Пусть все три камеры, разделенные двумя мембранами, заполнены одним и тем же раствором электролита (КС1). Если мембраны не изменяют п,-, очевидно, что прохождение тока не изменит с в средней камере. В случае же электрохимически активных мембран с различным знаком заряда, расположение их по схеме а приведет к очистке раствора в средней камере от электролита, тогда как обратное расположение (схема б) — к увеличению концентрации соли в средней камере. [c.217] Способность изменять числа переноса ионов является важнен-щим параметром мембран. В настоящее время для электродиализа применяют мембраны, изготовленные из катионитов (МК-40 и др.), и анионитов (МА-40 и др.). обладающие практически униполярной проводимостью, с rii=l для противоиона (идеально селективные). При помощи электродиализа удается довести содержание ионов в воде (например, речной) или в коллоидном растворе до 10 — 10 н. Теоретическое и экспериментальное исследование электродиализа проведено в работах Жукова, Григорова и Марковича — авторов первой отечественной опреснительной установки [3, с. 272]. В настоящее время широко применяют многокамерные проточные промышленные установки. [c.217] Электродиализ применяют также для удаления солей из концентрированных суспензий и паст (например, глинистых), грунтов, минералов и других объектов. [c.217] Изменение концентраций электролита в результате прохождения тока через тонкопористые системы, представляющее собой концентрационную поляризацию, приводит к возникновению вторичных э. д. с., медленно спадающих после выключения первичного поля. В рассмотренном выше примере (рис. XII. 23) возникают ионные потоки, обусловленные диффузией, через мем брану — из катодного раствора в анодный. При этом поток противоионов (пропорциональный с+ы ) превышает поток, коионов, в результате чего в анодном растворе возникает свободный положительный заряд, в катодном — отрицательный. Возникающая э. д. с., называемая мембранным потенциалом (см. гл. XVI), создает поле, выравнивающее ионные потоки. [c.218] Поляризация на границах мембран с растворами (граничная поляризация), исследованная в работах Сидоровой и Фридрих-сберга , играет большую роль в электроосмосе, электродиализе и переносе ионов через капиллярные системы. Показано, кроме того, что диффузия электролита в процессе поляризации приводит к значительному увеличению концентрации его в порах ( отравлению мембраны) . [c.218] В заключение следует сказать, что изменение чисел переноса ионов свойственно не только рассмотренным гетерогенным и гомогенным мембранам с непрерывным жестким каркасом, но характерно и для суспензий, золей, эмульсий, являясь таким образом свойством, общим для дисперсных систем, как показано в работах Григорова [16, с. 149]. [c.218] Таким образом, во всех процессах, связанных так или иначе с прохождением тока через увлажненные пористые тела, диафрагмы, мембраны и другие дисперсные системы, следует учитывать происходящие изменения поля, концентрации и сопротивления, обусловленные изменениями чисел переноса ионов в дисперсных системах. [c.219] Наложение давления на систему, где мембрана разделяет два раствора, также создает поле сил, порождающих потоки через мембрану. Силовое поле неизбежно вызывает поляризацию в высокодисперсных системах как электрическую (индуцированные диполи), так и коицеитрационную. Аналогично электродиализу, где поле порождает поток электричества (электрический ток), наложение давления создает поток массы жидкости (фильтрацию) и вызывает концентрационную поляризацию. Потенциал течения выравнивает ионные потоки противоионов и коионов (стр. 201), но они отстают от потока растворителя, происходит задержка влектролита перед входом в мембрану, разбавление на выходе, и профиль концентрации становится сходным с представленным на рис. XII. 23, если внешнее поле отсутствует, а фильтрационный поток направлен справа налево. Явление задержки электролита при фильтрации через мембрану называется гиперфильтрацией или обратным осмосом (поскольку давление направлено н а -встречу возникающему осмотическому потоку) и приобретает огромное, все возрастающее значение для опреснения природных вод (см. гл. XVIII). [c.219] Одна из причин задержки ионов — внутреннее электрическое поле самой мембраны, обусловленное ДЭС (в гетерогенных системах) или системой фиксированных зарядов (в гомогенных). Это поле, уменьшая вследствие отрицательной адсорбции С- (рис. ХП.5, Ь и XII. 23) и число переноса коионов, задерживает их поток, а с ним и поток противоионов (согласно принципу электронейтральности). Действительно, устранение внутреннего поля в условиях ИЭТ прекращает эффект задержки, как показала работа Сидоровой и Ермаковой (ЛГУ) . [c.219] Другая причина — различие коэффициентов распределения растворенного вещества и растворителя в матрице мембраны, порождающее различие скоростей Диффузии компонентов, если перенос осуществляется по диффузионному механизму. [c.219] Приведенных примеров (поляризация при электродиализе, обратном осмосе, эффект релаксации в электрофорезе и др.) достаточно для следующего утверждения кинетические процессы, протекающие в зонах ДЭС, неизбежно сами влияют на структуру и свойства ДЭС (обратная связь), изменяя ее, и рассмотренный выше классический режим электроповерхностных явлений должен быть дополнен представлениями о поляризационном режиме, ибо этими, более общими представлениями в настоящее время во многих случаях нельзя пренебречь. [c.219] Вернуться к основной статье