Ионообменники катионный обмен

Ионообменная хроматография служит для разделения ионов и основана на различной способности разных ионов в растворе к обмену с ионитом (ионообменником), служащим неподвижной фазой. Обычно синтетический ионообменник представляет собой высокополимер (смолу), например поперечно-сшитый полистирол, содержащий различные функциональные фуппы. Для разделения катионов используют катиониты, анионов - аниониты. [c.294]

Первое уравнение описывает анионный обмен, поскольку обменивающиеся ионы и- и X- заряжены отрицательно. Вторая реакция иллюстрирует катионный обмен. Понятно, что для двух типов ионообменной хроматографии используют различные неподвижные фазы. Таким образом, ионообменные колонки делятся на анионообменные и катионообменные, у первых на поверхности сорбента находятся положительно заряженные группы, у вторых — отрицательно заряженные. Кроме того, ионообменные материалы можно разделить на сильные и слабые. У сильных ионообменников функциональные группы всегда ионизованы. Из этого следует, что в интервале значений pH, используе- [c.107]

Существуют и природные ионообменники неорганические и органические. К числу первых, в частности, относятся цеолиты — алюмосиликаты, обладающие рыхлой кристаллической структурой и способные обменивать содержащиеся в них катионы на другие из окружающей жидкой среды. Примером вторых могут служить студни агара и агароида (А. А. Морозов). Это — полиэлектролиты, способные к катионному обмену. Набухание, застудневание и прочность структурной сетки студней зависят от природы замещенного катиона и поддаются регулированию путем соответствующей солевой обработки. [c.413]

Обменная емкость ионообменников зависит от pH внешнего раствора. Ббльшая часть одно- и двухзарядных катионов наиболее эффективно погло-шается при pH > 5. [c.34]

Ряд явлений, положенных в основу хроматографических методов, известен уже давно. Например, еще во времена Аристотеля морскую воду очищали с помощью некоторых видов почв. Также давно известно, что минеральные удобрения остаются в почве в течение длительного времени и лишь с трудом вымываются дождевой водой. Английские химики-почвенники Уэй [35] и Томпсон [30] изучали процессы удерживания в почве катионов из фильтрующихся сквозь нее растворов. В ходе исследований они открыли в 1850 г. основные законы ионного обмена, хотя и не представляли себе, насколько важны сделанные ими наблюдения. Ионный обмен на природных продуктах (главным образом, на минералах и почвах) был позднее подробно изучен, но серьезный интерес к этому процессу возник только после синтеза первого органического ионообменника (1935 г.). Адамс и Холмс [1], конденсируя фенолсульфоновые кислоты с формальдегидом, получили искусственные смолы, с участием которых в отличие от неорганических ионообменников возможен обмен в водных растворах не только катионов металлов, но и ионов водорода. После того как путем конденсации полиаминов с формальдегидом были получены анионообменники, определены условия, позволяющие удалять электролиты из водных растворов новым методом — деионизацией, а не перегонкой. По мере того как налаживалось получение анионо- и катионообмен-ников, их все шире стали применять не только для ионного обмена, но и для хроматографического разделения, т. е. возникла ионообменная хроматография. Во время второй мировой войны и после нее ионообменники постоянно применялись в ядерных исследованиях, поскольку, как выяснилось, они позволяют добиться высокоэффективного разделения радиоактивных изотопов. Ионообменная хроматография входит также в число методов, обеспечивавших в последние два десятилетия столь быстрое развитие биохимии. [c.13]

Во всех перечисленных видах ионообменной хроматографии имеет место многократное повторение процессов ионного обмена, что является отличительной чертой хроматографического процесса. В зависимости от того, происходит ли обменная сорбция положительно заряженных ионов (катионов) или отрицательно заряженных ионов (анионов), ионообменники соответственно делятся на катиониты и аниониты. Существуют иониты, обладающие амфотерными свойствами. [c.142]

В Норвегии используют метод катионного обмена, по которому Ыа-катионит обрабатывают раствором кальциевой селитры, получаемым разложением известняка азотной кислотой. Далее в ионообменниках происходит обмен ионов натрия катионита с ионами кальция, находящимися в растворе кальциевой селитры. В результате образуется раствор нитрата натрия, который выпаривают с последующей кристаллизацией из него соли. [c.48]

Многочисленные явления, относящиеся к сорбции ионов гидроокисями, могут быть истолкованы на основе ионообменного равновесия, хотя из результатов ранних работ не всегда ясно, протекает ли процесс сорбции во всем объеме твердой фазы или только на поверхности. Этот вопрос мо. но легко разрешить, определив полную емкость данной массы ионообменника в зависимости от его поверхности однако до настоящего времени подобные определения проводились очень редко. Свежеосажденные окиси трехвалентных металлов — очень эффективные сорбенты например, гидратированная окись железа хорошо сорбирует катионы щелочноземельных элементов (в соответствии с законом действия масс) [3] другие двухвалентные катионы [4] сорбируются при pH выше 7. Можно предположить, что катионы щелочных металлов и щелочноземельных элементов сорбируются на поверхности и легко элюируются, а катионы с более высоким зарядом (Се +, Рт +, Ки +) сорбируются во всем объеме ионообменника и вымываются с трудом [5]. Пока еще неизвестно, в какой мере это явление связано с ионным обменом, так как подобные ионы могут также соосаждаться на окислах. Амфотерные окислы, такие, как гидроокись алюминия, в зависимости от pH раствора могут сорбировать либо катионы, либо анионы, что может быть выражено следующим уравнением [6] [c.114]

Своеобразие динамических условий осаждения компонентов смеси накладывает отпечаток на характер процесса образования осадочных хроматограмм, В практике часто используется следующий вариант ионообменно-осадочной хроматографии [154]. Через носитель, являющийся ионообменником (R) и насыщенный противоионом (например, катионами Ag+), пропускается раствор электролита (например, водный раствор КС1). Первая стадия сложного процесса — ионный обмен [c.202]

Обменная емкость ионообменника определяется числом функциональных групп, участвующих в ионном обмене, и выражается в миллиэквивалентах на грамм сухой смолы в Н+(катионной) - или С1 (анионной)-форме. [c.44]

Катионный обмен. Простые катионы небольших размеров обладают относительно высокой плотностью заряда, поэтому их гидратация довольно сильно влияет на селективность поглощения. В связи с этим величина заряда катионов не всегда бывает определяющей, хотя можно считать, что более высоко заряженные катионы металлов поглощаются сульфокатионитами сильнее, чем менее заряженные. Так, на многих неорганических и органических ионообменниках получен ряд селективности Th + > Fe + г=г Сг + > Сц2+ > Li+ и т. п. Этот и подобные ему ряды селективности простых катионов с уменьшающейся величиной заряда совпадают с направлением изменения способности к гидратации с учетом влияния гидратации иона на структуру воды. Действительно, небольшой по размерам ион лития г = 0,68 А) легко подвергается гидратации и мало нарушает структуру воды, вследствие чего предпочтительно остается во внешнем растворе, т. е. имеет небольшую селективность поглрщения. Гидратированные крупные ионы тория (г = 0,95 А) сильнее нарушают упорядоченность структуры воды во внешнем растворе и вытесняются [c.185]

В основу классификации ионообменников Б. П. Никольский [10] положил их отношение к водородным (для катионитов) и гидроксильным (для анионитов) ионам. Такая классификация связана с особенностями поглощения ионитами водородных или гидроксильных ионов из водных растворов электролитов. Она в значительной степени отражает одно из важнейших свойств ионитов — их обменную емкость, являющуюся функцией активности или концентрации (для рН(р 1Н) разбавленных растворов) катионов [c.78]

Существует огромное множество неорганических веществ, которые, как кажется с первого взгляда, могли бы выполнять функции ионообменников в определенных экстремальных условиях. К ним относятся прежде всего многочисленные природные минералы с силикатным скелетом, включающие в свой состав наряду с такими типичными для них катионами, как алюминий, кальций, железо, магний и т. д.-, катионы щелочных металлов, чаще всего натрия и калия, наиболее способные к ионному обмену. Не меньшее значение имеют силикаты, в которых способные к обмену ионы водорода находятся в форме гидроксильных групп или ионов гидроксония. [c.5]

При протекании ионообменных реакций имеет место обратимый обмен ионов между двумя веществами, одним из которых является ионообменник, нерастворимый в той среде, в которой происходит обмен. В качестве примера рассмотрим катионообменную смолу дауэкс-50, представляющую собой сульфированные сетчатые полимеры. стирола с большим количеством связок. Если смола находится в так называемой водородной форме, то при погружении в водную среду она будет вести себя как сильная кислота кислотные группы при этом полностью диссоциированы и кислотность водного раствора внутри смолы будет приблизительно 5 н. При обработке такой смолы щелочью кислота нейтрализуется и ионообменник переходит в соответствующую катионную форму. Частичное превращение в катионную форму также происходит при погружении смолы в раствор, соответствующей соли, так как катионы свободно могут входить и выходить из полимерной решетки, если электронейтральность при этом сохраняется. В этом случае в силу того, что ионный обман является равновесным процессом, полное превращение в катионную форму возможно только при условии, что применяется значительный избыток обмениваемого катиона или выделяющиеся со смолы ионы непрерывно удаляются из раствора (например, при использовании колонок). Подобный обмен катионов будет происходить между смолой, находящейся в одной из катионных форм, и другим катионом, присутствующим в растворе. Такой процесс можно представить следующим уравнением [c.11]

Детальное исследование строения цеолитов [1] позволило установить, что многогранники в них размещаются таким образом, что в решетке возникают каналы, позволяющие ионам проникать внутрь нее. Эти каналы могут пересекаться либо не пересекаться, могут проходить сквозь весь каркас либо заканчиваться внутри него. Диаметры каналов определяются структурой цеолита и изменяются даже по длине отдельного канала. Внутри решетки имеются почти сферические полости, которые могут с помощью каналов соединяться с наружной поверхностью. Внутри этих полостей и каналов размещаются катионы, неструктурные анионы (если они имеются) и молекулы воды. Очевидно, что катион, присутствующий в первоначальной структуре с момента синтеза цеолита, может обмениваться только в том случае, если размеры каналов позволяют ему свободно диффундировать во внешний раствор. Однако подобный обмен происходит только при условии, что диаметр обменивающихся ионов сопоставим с диаметром канала, т. е. если они могут диффундировать из раствора в решетку. Число свободных мест в ионообменнике ограничено также из-за присутствия молекул воды и анионов внутри самих каналов. Помимо чисто термодинамических факторов, от которых зависит селективность, существуют возможности изменения в широких пределах стерических факторов, влияющих на поведение ионообменника. Измеренный для ряда цеолитов интервал изменений диаметра каналов довольно [c.62]

Са2+, Sf2+, Mg2+ и Pb +, в то время как обмен с участием ионов NHI, Ва +, Zn , Ni + и Со + приводил к разрушению структуры [14]. В табл. 15 представлены данные о степени замещения, достигаемой при обмене алкиламмониевыми ионами. Постоянная элементарной ячейки изменяется незначительно, от 12,273 А для NaA до 12,285 А для Т1А, тогда как содержание воды в ячейке уменьшается с увеличением радиуса катиона до 28,6 молекул для NaA (Гма = = 0,98 А) до 22,6 для Т1А (/-ti=1,49 А). Химический анализ ионообменника, участвовавшего в обмене, показывает, что не всегда тринадцатый атом натрия, находящийся в р-клетке, может быть замещен. Так, например, предельные формы, полученные путем замещения натрия ионами серебра, таллия и кальция, отвечают следующим формулам [c.76]

Ионообменники обычно представляют собой матрицу с боковыми фуппами, содержащими способные к обмену катионы или анионы. [c.217]

Величину определяют из кривой титрования данного ионообменника, построенной в координатах степень насыщения ионами Na (катионо-обменник) или С1 (анионообменник) — pH внешнего раствора. Если концентрация ионов Na или С1 во внешнем растворе достаточно высока (0,1 — 1 М), общая концентрация этих ионов меняется незначительно и нет необходимости в ее определении. Концентрация х (при а. = 0,5) может быть рассчитана, если известна максимальная обменная емкость, удельная масса и содержание воды [c.94]

Таким образом, у данного типа ионообменников наблюдается переход от анионного обмена в кислом растворе к катионному обмену в щелочном растворе. Подобного перехода не наблюдается, если М — элемент с низкой основностью, например кремний. Переход от одного типа обмена к другому происходит в определенном интервале значений pH, зависящем от основности иона металла. Отсутствие резкого перехода, отвечающего этому изменению (здесь уместно сравнение с изоэлектриче-ской точкой амфотерных ионов), и возможность в некоторых случаях одновременно и катионного и анионного обмена при определенном значении pH дают основание предполагать, что ионообменные группы неравноценны. Силикагель обладает только катионообменными свойствами [20] высокое электронное сродство у четырехвалентного иона кре.мния проявляется в форме очень слабой основности гидроксильных групп. Атомы водорода последних легко заменяются катионами даже в кислых растворах, особенно теми, которые легко координируются с кисло- родом. На рис. 24 представлено влияние pH раствора на величины коэффициентов распределения различных ионов при сорбции нх на силикагеле. Из этих данных следует, что указанные ионы можно разделить при определенных значениях pH раствора. Этот метод был использован [21] для разделения урана, плутония и трехвалентных металлов (продукты деления) из растворов, полученных при растворений облученрого урана кислоте. Значения коэффи- [c.119]

Ионный обмен. Обмен катионов между различными ионообмен-никами, включая цеолиты, и расплавами таких легкоплавких солей, как, например, нитраты, исследован довольно широко. Баррер [3] описал катионный обмен между NH4 I и безводными цеолитами. Длительное выдерживание безводных цеолитов в парах NH4 I при 300° С приводит к почти полному катионному обмену. Особым типом катионного обмена является обмен катионов металла на Н" в твердых телах. Троуп и Клирфильд [4] описали реакцию фосфата циркония с твердыми хлоридами. В процессе реакции поверхностные атомы водорода ионообменника и хлорид-ионы образуют НС1 [c.401]

Ионообменники, применяемые в мембране, обычно изго товляют из сополимера стирола и дивинилбензола. Катионо обменная группа вводится в такой полимер путем сульфиро вания концентрированной серной кислотой при 60—70°С Анионообменная группа вводится в полимер путем привив ки хлорметильной группы и аминирования триамином (СНз)з-Н. [c.15]

Пласхинки Г. внешне напоминают биотит, достигая значительных размеров (более 10 см). Легко расщепляется по (001) на мягкие спайные пластинки. Плотность 2,6—2,8 г/см . Твердость 1—2. Цвет такой же, как у биотита, но блеск более тусклый. Прокаленный Г.— бронзовый, серебристо-серый (см. Цвет минералов), в тонких пластинках — прозрачный n.gf=in — 1,56—1,62 2У = = 0—10°. Г. всегда встречается вместе с вермикулитом, иногда он преобладает в месторождениях вермикулита. Образуется при гинергенном изменении биотита в процессе формирования коры выветривания основных и ультраосновных пород. Малая объемная масса позволяет использовать вспученный Г. в качестве теплоизоляционного материала, звукоизоляционного материала и наполнителя бетона. Г. характеризуется высоким катионным обменом (50—70 мг-экв на 100 г) и может быть использован как ионообменник. Лит. Дьяконов Ю. С. О закономерностях чередования слоев в смешано-слойных структурах вермикулит-биотит. Кристаллография , 1962, т. 7, в. 6 Л а-заренко Е. К. Курс минералогии. М., 1971 Амфлетт Ч. Неорганические иониты. Пер. с англ. М., 1966. [c.278]

Разделение смеси электролитов при ионообменной хроматографии достигается с помощью особых адсорбентов, способных обменивать свои ионы на ионы, находящиеся в анализируемом растворе. К таким адсорбентам относятся т. н. иониты (ионообменники). Важнейшими ионитами являются синтетические смолы, обладающие ионообменными свойствами. Для аналитической практики большой интерес представляет катионный обмен, осуществляемый с помощью адсорбентов, способных обменивать свой катион на катионы, содержацщеся в исследуемом растворе. В катионитах — смолах, изготовляемых на основе фенола или стирола и их производных — активными группами обычно являются сульфогруппы (—ЗОдН), связанные с бензольным ядром или с атомом углерода боковой цепи. Реже в качестве активных групп выступают карбоксилы (—СООН) и гидроксилы (— ОН). Вследствие того, что сульфогруппы связаны со скелетом смолы, они не переходят в раствор. Подвижными являются только водородные ионы этих групп или другие замещающие их ионы. Если обмениваемыми катионами адсорбента являются Н -ионы, то адсорбент называется Н-катионитом. [c.392]

В последнее время в осадочной хроматографии в качестве носителей часто применяются ионообменные смолы. Следует однако отметить одно отрицательное свойство но-сителей-ионообменников. Речь идет о тех случаях, когда хроматографируемый раствор содержит такую смесь ионов, в которой не каждый ион образует осадок с осадителем. При этом в рабочем слое колонки в результате обмена с одноименно заряженными ионами раствора из ионита вытесняется больше ионов-осадителей, чем может быть израсходовано на осаждение. Например, ионит в качестве обменных противоионов содержит катионы серебра, а раствор содержит смесь хлорида и нитрата натрия. Катионы натрия будут вытеснять эквивалентное количество катионов серебра, осаждающих ионы СГ. Так как имеет место следующее соотношение концентраций ионов [c.191]

Последний вывод вытекает из первого принципа Гейнеса — Томаса [8], согласно которому ионообменник состоит из твердого алюмосиликатного каркаса с точно установленным числом свободных для обмена катионов мест, способных сорбировать из окружающей среды воду, а не анионы. В общем случае, когда в обмене участвуют катионы А + и Вг с соответствующими зарядами х я у, константа равновесия может быть представлена следующим выражением [c.40]

Если ионы щелочных металлов расположить в ряд по мере убывания сродства Na+>K+>Rb+>Li+> s+ (похожий ряд получен советскими исследователями для аналогичного ионообменника [23]), то становится очевидным, что сродство ионов к Linde Sieve 4А в отличие от сульфированных полимеров стирола уменьшается с увеличением радиуса катиона. Хотя и TAS° имеют одинаковые знаки для обоих классов ионообменников, абсолютные величины их намного больше для цеолитов, что связано с большими изменениями степени гидратации катиона при обмене на цеолитах. Различия в рядах сродства ионов, наблюдаемые для цеолитов разного строения, указывают, что картина влияния различных факторов чрезвычайно сложна и необходимо проделать большую работу, сочетающую структурные, термохимические и термодинамические исследования, прежде чем влияние этих факторов будет выяснено. [c.86]

Детальное исследование поведения многовалентных катионов на фосфоромолибдате аммония позволило вскрыть интересные и сложные явления, связанные с механизмом ионного обмена. Определение равновесных значений Kd показывает, что, в то время, как обмен в системе Sr - —Н+ подчиняется закону действия масс (см. стр. 13), сорбция + достигает, максимума при pH 3,5 и уменьшается до О при pH 4 (см. фосфоровольфрамат аммония, стр. 107), что находится в очевидном противоречии с отмеченным выше поведением. Одновременная сорбция Sr + и Y + в колоночных опытах из буферных растворов при pH 4—5, очевидно, объясняется тем, что равновесие не достигается за такое короткое время вследствие высокой начальной сорбции из свежих растворов при pH 4,5. При стоянии ионообменника в растворах с указанным pH происходит его частичное разрушение с выделением анионов фосфоромолибдата 11-го типа в раствор. Вероятно, в этом случае имеет место непрерывное вымывание иттрия, связанное с образованием комплексов так было найдено, что при контакте свежей порции ионообменника с раствором при pH 4,5 вновь добавленный иттрий не сорбируется до тех пор, пока ионообм-енник не будет помещен в свежий раствор. Возможно, чтэ первоначально наблюдаемая сильная сорбция иттрия на свежем ионообменнике из буферного раствора с pH 4,5 связана с комплексообразованием в самом твердом ионообменнике. Условия сорбции и вымывания заметно отличаются так, например, если У + плохо сорбируется при рН<3,5, то для его вымывания необходимо использовать по крайней мере 0,5 н, [c.105]

Если 3 = 11 обмен является идеальным и подчиняется закону действуюш,их масс. Однако в большинстве случаев изотерма обмена отклоняется от диагональной линии, соответствующей в = 1, что указывает на избирательность по отношению к одному пз двух ионов. У большинства неорганических ионообменников изотермы начинаются в левом нижнем углу диаграммы и заканчиваются в правом верхнем углу. Изотермы обмена на цеолитах часто имеют другую форму, что обусловлеью недоступностью внутрикристал-лических пустот цеолитов для некоторых ионов, а также наличием катионов в тех участках структуры, где обмен произойти не может, т. е. так называемым иоыпо-ситовым эффектом. При этом изотерма закапчивается па диаграмме в точке, где степень обмена меньше 1. [c.546]

Методика. Определенное количество (приблизительно 10 ммолей) набухшего ионообмеиника в Н-форме (катиоиообменник) илн ОН-форме (анионообменник) помещают в трехгорлую колбу емкостью 500 см , которую заполняют 250 см 0,1 М NaOH (обмен катионов) илн 250 см 0,1 М H I (обмен анионов). Эксперимент выполняют в термостатируемой бане прн постоянной температуре. Систему ноно-обменник — раствор перемешивают с постоянной скоростью (приблизительно 400 об/мин). Через определенные интервалы времени отбирают пробы раствора (5 см ), определяют в них количества ионов Н и ОН и, зная общую обменную емкость ионообменника, рассчитывают степень нейтрализации (в данный момент). Для расчета используют следующее упрощенное уравнение [c.98]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология