ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория и механизм ионного обмена из "Ионообменные смолы" Наличие катионного обмена при пропускании различных электролитов через почвенные и другие силикаты было доказано экспериментально в 1850 г. [582, 583]. Вслед за тем разными исследователями было установлено, что способностью к обмену катионов обладают и другие материалы—фосфаты, гумусы, целлюлоза, шерсть, белок, уголь, окись алюминия, смолы, лигнин, живые клетки, сульфат бария, хлорид серебра и большое количество иных труднорастворимых неорганических соединений. [c.8] Несмотря на то, что в природе обменных процессов во всех указанных выше материалах имеется много общего, были предложены разные, сильно отличающиеся друг от друга теории этих процессов. [c.8] Все предложенные теории обмена можно разделить на 3 группы теория кристаллической решетки, теория двойного электрического слоя и теория мембранного равновесия. [c.8] Классические работы Даулинга [413, 414] и Брегга [82] в области кристаллической структуры силикатов, увязавшие явления ионного обмена с современными представлениями о ионном строении твердого тела, значительно углубили наше понимание ионообменных процессов. [c.8] Согласно современным воззрениям, кристаллическая решетка электролита состоит из ионов, а не из молекул. Иными словами, принимается, что твердые электролиты нацело диссоциированы. Кристалл поваренной соли состоит, таким образом, не из молекул хлорида натрия, а только из ионов натрия и хлора. Каждый ион в кристалле окружен ионами с противоположным зарядом, количество которых определяется координационным числом. Ионы в кристалле находятся под действием кулоновских сил притяжения, величина которых зависит от относительных ионных зарядов и расстояний между ними. Отсюда следует, что на поверхности кристалла па ион действуют меньшие силы притяжения, чем внутри. [c.8] Способность замещения ионов на поверхности другими ионами зависит поэтому от следующих факторов 1) природы сил, связывающих ионы в кристалле 2) концентрации обмениваемых ионов 3) заряда обмениваемых ионов 4) размеров обмениваемых ионов 5) стерической доступности ионов решетки 6) механизма растворения. [c.9] Обмен ионов кристаллической решетки аналогичен смешению двух электролитов в растворе, например хлорида натрия и нитрата калия. Согласно современным представлениям о растворах электролитов, каждый ион хлора в растворе хлорида натрия окружен ионами натрия, как и в кристалле хлорида натрия. Точно так же каждый ион натрия в растворе окружен ионами хлора. [c.9] Если в раствор хлорида натрия ввести нитрат калия, ионы натрия будут обмениваться на ионы калия, а ионы хлора—на нитрат-ионы. Такой обмен вполне аналогичен обмену между ионами кристаллической решетки и ионами раствора электролита. В доказательство обмена ионов кристаллической решетки можно привести много примеров. [c.9] Вместе с тем кристаллическая структура некоторых минералов обеспечивает возможность обмена значительной доли содержащихся в них катионов на катионы раствора электролита без дополнительного измельчения. Примерами минералов с такой структурой являются цеолиты и некоторые глины. Иными словами, вещества, обнаруживающие заметные ионообменные свойства, не обязательно должны обладать высокой степенью дисперсности. Структура ионитов должна вместе с тем быть настолько пористой, чтобы обмениваемые ионы могли диффундировать в решетку. [c.9] Плотность кристаллического строения таких минералов, как полевой шпат и слюда, если они не имеют высокой степени дисперсности, препятствует ионному обмену, тогда как меньшая плотность структур таких минералов, как цеолиты и ультрамарин, обусловливает возможность ионного обмена без предварительного измельчения. [c.9] ИОНЫ занимают узловые места в решетке кристалла, и в этих случаях отпадают сомнения в способности ионов решетки вступать в обмен [45—47 [. [c.11] Глинистый минерал монтмориллонит (рис. 2) также обладает способностью к обмену ионов решетки. Особенностью этого минерала является его способность к набуханию вдоль кристаллографической оси с при гидратации. Набухание же его приводит к дальнейшему увеличению расстояния между образуюш.ими минерал пластинками, состоящими поочередно из окиси кремния и окиси алюминия, связанных одно- и двухвалентными катионами Ка, Са , Mg . В гидратированном состоянии между слоями диффундируют и другие катионы, обменивающиеся с перечисленными катионами. [c.11] Гидроксильные попы этих твердых веществ ионного строения могут обмениваться на ионы хлора, сульфата и фосфата. [c.12] Слой структуры пирофилита и его видоизменения в слюде и монтмориллоните. [c.12] Обмен анионов и катионов в глинистом минерале монтмориллоните при различных значениях pH показан на рис. 3. В случае амфотерных электролитов с повышением pH адсорбция или обмен катионов усиливается, а адсорбция или обмен анионов ослабляется. Гидроксильные ионы содержащих воду окисей алюминия, магния и др. могут обмениваться на другие анионы, например ионы сульфата и фтора. [c.12] Весьма важно отметить, что и в случае пространственной доступности ионов для обмена, не зная относительные энергии связи обменивающихся ионов в решетке данного кристалла, трудно предсказать, будет ли идти обмен. До последнего времени на это обстоятельство в процессах ионного обмена обращалось весьма мало внимания. [c.13] Так как большая часть анионообменных смол имеет слабоосновные свойства, наличие обменных гидроксильных групп доказать весьма трудно. Тем не менее скорость и равновесие обмена зависят от концентрации анионов, а не от концентрации кислоты (гл. IV), что указывает на протекание анионного обмена на слабоосновных смолах. [c.14] Недавно синтезированные смоляные иониты типа четвертичных аммониевых оснований позволили получить необходимые доказательства истинных анионообменных свойств ионитов типа полиаминов. Более полное описание химической природы этих ионитов приводится в гл. IV. [c.15] Обмен ионов в гетерогенных системах является широко распространенной реакцией и протекает в той или иной степени во всех случаях, когда твердое тело ионной структуры приходит в соприкосновение с каким-либо электролитом. Однако картина обмена ионов в кристаллической решетке в некоторых случаях затемняется явлениями растворимости и неспособностью ионов проникнуть в глубь кристаллической решетки. [c.15] замещая ранее находившиеся в нем ионы. Этот обмен происходит в стехио метрических соотношениях, так как при нем должен соблюдаться закон электронейтральности. [c.16] Вернуться к основной статье