Ионный обмен, гидратация и набухание ионитов

Природная глина является продуктом коагуляции, проходящей в геологическом масштабе. В глинистых суспензиях коагуляция в различных ее формах также является доминирующим состоянием. Соответственно все процессы приготовления, обработки и применения буровых растворов направлены по пути ослабления коагуляции (пептизация и разбавление), ее сдерживания или предотвращения (стабилизация, коллоидная защита), регулирования (ингибирование) или усиления (электролитная, температурная агрессия, концентрационное загущение). Эти изменения смещают равновесие в сторону усиления или ослабления связей между глинистыми агрегатами, влияют на их лиофильность и дисперсность. В результате устанавливаются промежуточные равновесные состояния, которые и определяют технологические показатели буровых растворов. Таким образом, все протекающие в них изменения являются различными формами единого коагуляционного процесса, управляемого общими. закономерностями системы глина — вода, в которой этот процесс реализуется, и его физико-химическим механизмом. Проявлением этого механизма является модифицирование твердой фазы путем поверхностных реакций замещения и присоединения, включающих в себя гидратацию, ионный обмен и необменные реакции. Такого рода модифицирование, осуществляемое обработкой химическими реагентами, определяет уровень лиофильности системы, сдвигая его в должном направлении. При этом получают развитие факторы, влияющие на дисперсность, — набухание, пептизация или, наоборот, структурообразование и агрегирование. [c.58]

Глинистые минералы обладают хорошей способностью к интенсивному ионному обмену при контакте с водной фазой, благодаря чему происходит гидратация структурных элементов и, как следствие, набухание глин, приводящее к усилению тиксотропных свойств бурового раствора. Установлено, что плоские грани в структуре частиц химически активных глин — отрицательно заряженные и для компенсации заряда в этих местах обычно адсорбируются ионы натрия и кальция, обладающие высокой плотностью заряда и способностью к гидратации, что является причиной значительного усиления структурно-механических свойств глин. При контакте с поливалентной средой глинистые частицы сорбируют определенный тип катионов благодаря большому сродству их строения к обменным местам в структуре частиц. В процессе такого обмена происходит удаление воды из кристаллической [c.115]

При более детальном ознакомлении с процессом ионного обмена проявляются, однако, довольно существенные отличия его от реакций обмена между солями разной растворимости. Сетчатая структура синтетических ионов, способность их к набуханию и обусловленные этим изменения осмотического давления внутри ионита, изменение гидратации ионов в смоле, вызванное ограниченным размером ячеек ее сетчатой структуры, высокая концентрация фиксированных ионогенных групп и противоионов в ионите, создающая довольно сильное электростатическое поле в смоле, диффузионные затруднения при обмене крупных ионов — все это усложняет ионный обмен. Многие из указанных особенностей обмена ионов наиболее сильно проявляются при обменном поглощении крупных органических ионов, а именно такие ионы и существуют в водных растворах ПАВ. Вследствие этого использование ионообменных процессов для извлечения анионных и катионных ПАВ из сточных вод потребовало предварительного изучения поведения ПАВ при контакте с синтетическими ионообменными смолами различного строения. [c.38]

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]

Способность ионитов к набуханию является важным фактором, влияющим па скорость реакции ионного обмена, облегчающим движение ионов между раствором и зерном ионита и способствующим проникновению ионов из раствора во внутренние слои смолы. Скорость анионного обмена для большинства смоляных сорбентов определяется скоростью диффузии ионов сквозь гелеобразную смолу. Кроме того, скорость реакции ионного обмена зависит от величины зерен смолы, концентрации, температуры, степени насыщения обменной емкости и гидратации смолы. Для проникновения ионов крупного размера внутрь зерен большое значение имеет пористость смолы. [c.128]

Выделены ряды устойчивых межплоскостных расстояний для различных катионзамещенных форм глинистых минералов. Зависимость дискретных изменений расстояний от давления паров воды приведена на рис. 38. Следует отметить, что формирующееся количество молекулярных слоев воды зависит от рода обменного иона и связано с явлением набухания. Несомненно, что ступенчатый характер гидратации монтмориллонита и вермикулита должен определять ход изотермы сорбции воды на этих минералах. Помимо подвижности отдельных частей адсорбированной воды должна существовать подвижность (самодиффузия) и самих молекул в межслоевом пространстве монтмориллонита. [c.102]

Алюмосиликаты с жесткой кристаллической структурой почти не изменяют параметров решетки при обмене одних ионов на другие и не способны к набуханию. Волокнистые и слоистые алюмосиликаты характеризуются способностью к гидратации с изменением параметров решетки (слоистые алюмосиликаты) в процессе обмена, что делает их похожими на органические иониты. [c.174]

Как избыточное набухание, так и потери воды цитоплазмой вызывают нарушение нормального хода обмена веществ в клетках. При смене количественного соотношения концентраций двух солей их одностороннее действие на гидратацию коллоидов цитоплазмы не проявляется. Поэтому если разные ионы солей lie будут приводить к такому состоянию цитоплазмы, то и обмен веществ будет проходить наиболее эффективно. Указанное состояние цитоплазмы возможно при действии на нее уравновешенных растворов. [c.314]

Таким образом, успешно разрабатывать низкопроницаемые коллекторы можно только при условии закачки минерализованной воды при оптимальном давлении нагнетания. Однако на большинстве месторождений отмечается затухание проницаемости глиносодержащих коллекторов при вытеснении из них нефти водой. Одни исследователи это связывают с набуханием глинистых частиц в связи с гидратацией обменных ионов, другие - объясняют гидратацией поверхности глинистых частиц. Имеется предположение, что затухание фильтрации пресной воды в глинистом пласте происходит за счет различной степени структурированной пленки коллоидного раствора либо за [c.96]

В воде ионообменные смолы под влиянием осмотических явлений набухают. На этот процесс существенно влияет величина гидратации фиксированных ионов и про-тивоионов. Препятствуют набуханию смол частота и длина радикалов дивинилбензола, сшивающих длинные углеводородные цепи полимеров стирола с образованием трехмерной сетчатой структуры. Ясно, что чем больше степень сшивания полимерных цепей, тем более жесткую структуру имеет смола и тем меньше она набухает в водных растворах. Сохранение электронейтральности полимера при обмене ионов является причиной того, что обмен противоионов может совершаться только в эквивалентных количествах, т. е. 1 г-экв ионов, вытесненных из смолы, замещается 1 г-экв других ионов того же знака, Следует отметить, что область pH, в которой осуществляется обмен ионов, зависит от константы диссоциации ионообменных групп смолы. Так, сульфокислотные катиониты, например смола КУ-2 (р/(лис < I), способны к обмену ионов водорода на другие катионы в широком интервале pH и при pH > 2,5—3 кислотность на обмен практически не влияет. Карбоксильные катиониты (р/Сднс = 5—6) обменивают свои ионы при pH > 7 и могут использоваться только в солевой форме. Катиониты, содержащие фенольные гидроксильные группы, способны к обмену лишь при pH > 8, т. е. в области значений pH, отвечающей диссоциации фенольных групп. Все это необходимо учитывать при выборе смол для очистки промышленных сточных вод. [c.133]

Споеобность ионитов к набуханию является важным фактором, влияющим на скорость реакции ионного обмена, облегчающим движение ионов между раствором и зерном ионита и способству-юшдм проникновенйю ионов из раствора во внутренние слои Смолы. Скорость реакции ионного обмена зависит от величины зерен смолы, концентрации, температуры, степени насыщения обменной емкости и гидратации смолы. Для проникновения ионов крупного размера внутрь зерен большое значение имеет пористость смолы. [c.66]

В табл. 2 приведены для каждого ионного состава смолы КУ-1 и соответствующей относительной влажности а значения свободной энергии гидратации Фнаб> значения члена ЛГ 1н awdXjdX и величины дифференциальной свободной энергии набухания при ионном обмене АФ аб- [c.269]

Очень важным свойством ионообменных мембран является склонность к набуханию, которая связана с гидратацией фиксированных ионогенных групп и противоионов. Чем больше обменная емкость и способность к гидратации ионов всех видов, тем больше набухание мембран. Так, для перфторсульфоновых мембран показано, что для различных катионных форм поглош,ение воды возрастает в той же последовательности, что и степень гидратации ионов КЬ+<К+<Ма" <Ь1+ [114]. [c.75]

Прежде всего для селективности имеет значение только часть энергии гидратации нротивоиона, вероятно от четверти до половины этой энергии, так как молекулы воды должны быть удалены только с той стороны нротивоиона, которая обращена к фиксированной группе. Поскольку, далее, затраты энергии на частичную дегидратацию возмещаются энергией электростатического взаимодействия, для селективности важна только разность между энергией гидратации и энергией электростатического взаимодействия. Более того, поскольку в обмене участвуют два противоиопа, на селективность влияет только изменение этой разности при переходе от одного иона к другому, которое скорее всего совсем мало, поскольку изменение размера нротивоиона влияет на энергию гидратации и на энергию электростатического взаимодействия в одном и том же направлении. Наконец, дальнейшее снижение селективности обусловлено значительным конфигурационным объемом фиксированных групп, не участвующих в явлениях селективности, причем роль этого последнего фактора зависит от степени набухания ионита. [c.161]

Набухание ионита обусловлено гидратацией его обменных групп гидратация сопровождается поляризацией и направленной ориентацией молекул растворителя. При этом возникает сильное отталкивание свободных одноименно заряженных участков диполей (и молекул растворителя в целом), что приводит к растяженик> матрицы ионита. Одновременно благодаря наличию попер,ечных связей в полимерной молекуле смолы возникает сила, стремящаяся возвратить матрицу в первоначальное состояние. Количественной мерой этой силы служит давление набухания п. Давление набухания равно разности осмотического давления раствора, находящегося в порах ионита, и давления внешнего раствора. Давление набухания увеличивается с увеличением емкости ионита и степени его поперечной связанности, при замене многозарядных противо-ионов ионами с меньшим зарядом, при увеличении степени сольватации противоионов и при уменьшении концентрации внешнего раствора. [c.183]

В заключение отметим, что увеличение количества молекул в объемной фазе (за счет принудительного>> увелнченйя межслоевого расстояния) должно, очевидно, приводить к появлению обычной жидкой фазы воды за пределами прилегающих к твердым поверхностялЕ двух —трех слоев связанной воды. Такое резкое увеличение толщины водных слоев наблюдается при замещении обменных ионов натрия или кальция крупными органическими ионами типа тетрабутиламмония. При наличии таких ионов в межслоевом пространстве монтмориллонит приобретает способность сильно набухать. Рентгеновское исследование показывает, что расстояние между слоями может увеличиваться до нескольких десятков ангстрем и более. Склонность к набуханию в данном случае, вероятно, связана с клатрат-ной гидратацией крупных органических катионов (взамен шести координированных гидрат-ионов кальция в двухслойной упаковке). Поскольку общее количество обменных ионов относительно невелико, координирующие их молекулы воды вносят малый вклад в свойства межслоевых фаз. Во всяком случае, температура замерзания поды в слое толщиной около 1(Ю А (—2°С) близка к температуре замерзания обычной воды. [c.138]