Ионный обмен законы

Ионообменное равновесие. Ионный обмен представляет собой обратимый процесс, и состояние равновесия ионного обмена устанавливается в соответствии с законом действия масс. На основе этого Б. П. Никольским [3] предложено уравнение ионообменного равновесия [c.216]

Изотерма адсорбции, получаемая экспериментально, представляет собой (при разных температурах для одного вещества или для разных веществ при одной и той же температуре) кривую Ленгмюра (моно-молекулярная адсорбция) или s-образную кривую (полимолекулярная адсорбция), или прямую линию (простое распределение по закону В. Нернста). А. В. Раковским и С. М. Липатовым была изучена ионообменная адсорбция. Этот процесс происходит в гетерогенной среде на границе раздела раствор — ионит. В качестве ионитов берут многие твердые, практически не растворимые в воде и органических растворителях материалы, способные к ионному обмену. Практически наиболее важны иониты, состоящие из высокомолекулярных соединений с сетчатой или пространственной структурой (см. рис. 95). [c.518]

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]

Классификация. Хим.-технол. процесс в целом - это сложная система, состоящая из единичных, связанных между собой элементов и взаимодействующая с окружающей средой. Элементами этой системы являются 5 групп процессов 1) механические - измельчение, грохочение, таблетирование, транспортирование твердых материалов, упаковка конечного продукта и др. 2) гидромеханические - перемещение жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, пневматич. транспорт, гидравлич. классификация, туманоулавливание, фильтрование, флотация, центрифугирование, осаждение, перемешивание, псевдоожижение идр. скорость этих процессов определяется законами механики и гидродинамики 3) тепловые - испарение, конденсация, нафевание, охлаждение, выпаривание (см. также Теплообмен), скорость к-рых определяется законами теплопередачи 4) диффузионные или массообменные, связанные с переносом в-ва в разл. агрегатных состояниях из одной фазы в другую,- абсорбция газов, увлажнение газов и паров, адсорбция, дистилляция, ректификация, сушка, кристаллизация (см. также Кристаллизационные методы разделения смесей), сублимация, экстрагирование, жидкостная экстракция, ионный обмен, обратный осмос (см. также Мембранные процессы разделения), электродиализ и др. 5) химические. Все эти процессы рассматриваются как единичные или основные. [c.238]

Этим требованиям удовлетворяют вода, аммиак (безводный), метанол этанол и ацетон в этих растворителях возможен ионный обмен. Растворители можно разделить на две группы протолитические (НдО и ЫНд) и апро-тонные. Поскольку многие электролиты растворимы в этих растворителях и при этом частично диссоциируют, можно использовать указанные растворители для проведения ионного обмена. Ионный обмен в неводных растворах в основном происходит по законам ионного обмена в водных средах, но некоторые свойства ионитов изменяются (набухание, обменная емкость). [c.377]

В первой части книги, где рассмотрены теоретические основы химии, увеличена доля материала, содержащего наиболее фундаментальные понятия, используемые в большинстве естественных наук и в смежных специальных дисциплинах. Прежде всего это периодический закон химических элементов, являющийся базой всех понятий о строении веществ — от атомов до комплексных соединений, — и закон действующих масс как основа количественных расчетов реагентов в равновесных химических системах. Кроме того, в общетеоретической части представлены законы и понятия стехиометрии, строение и фазовые состояния веществ, закономерности протекания химических процессов, образование растворов и ионно-обменные процессы, протекающие в них, реакции окисления—восстановления. [c.3]

Как было показано в предыдущей главе, закон действия масс можно применять для описания химических равновесий не только в гомогенных, но и в гетерогенных системах (см. раздел по ионному обмену гл. 14, раздел УА). [c.494]

Селективность, как будет показано ниже, играет очень больщую роль в технологии ионного обмена. Физико-химическая сущность селективности при ионном обмене вытекает из закона Кулона. Ясно, что с увеличением заряда (валентности) иона возрастает и сила его притяжения к иониту. Если представить заряд иона сконцентрированным в его п,ентре, то за расстояние от этого заряда до поверхности ионита можно принять радиус иона. В пределах каждой основной подгруппы периодической системы элементов радиусы ионов возрастают с увеличением атомной массы элементов. Однако при этом уменьщается плотность заряда ионов, а следовательно, и степень их гидратации. Гидратная оболочка, состоящая по крайней мере из двух слоев молекул воды, вокруг иона увеличивает радиус этого иона. С учетом этого в пределах каждой основной подгруппы периодической системы радиусы ионов в гидратированном состоянии будут уменьшаться с увеличением атомной массы элементов и, следовательно, будет увеличиваться сила их притяжения к поверхности ионита. Селективность ионов при ионном обмене представляется обычно в виде рядов селективности [c.61]

Многие авторы рассматривают ионный обмен как гетерогенную химическую реакцию между активными группами смолы и ионами раствора, протекающую в соответствии с законом действующих Масс. [c.115]

При использовании закона действующих масс для количественной характеристики ионного обмена необходимо, чтобы ионный обмен был обратимым процессом и происходил в стехиометрических количествах при постоянном числе обмениваемых мест, а все другие процессы, кроме ионного обмена, должны отсутствовать. Кроме того, энергия связи катиона с анионом решетки, а значит, и константа обмена не должны зависеть от взаимных количеств обменивающихся веществ. [c.146]

Ионно-обменная адсорбция подчиняется закону действия масс [c.68]

Геохимическая миграция растворов и газов обычно сопровождается взаимодействием веществ с породами. Основными процессами взаимодействия, как отметено в гл. I, являются адсорбция, ионный обмен и химические реакции. Законы геохимической миграции определяются этими дроцессами. [c.55]

Применение закона действующих масс к ионному обмену без учета коэффициентов активности приводит к выран ению [c.62]

При постановке этой работы мы прежде всего исходили из того положения, что процесс катионного обмена представляет собой гетерогенную химическую реакцию, подчиняющуюся закону действующих масс. Из всех возможных для данной системы реакций наиболее полно протекает та реакция, которая ведет к образованию наименее растворимого соединения. Поэтому представилось вероятным, что в тех случаях, когда сорбируемый катион образует малорастворимое соединение с активными группами катионита, величина сорбции катионитом данного иона (обменная способность) будет сравнительно велика и избирательна по своему характеру. [c.490]

Уравнение изотермы ионного обмена (2) отражает закон действующих масс в ионном обмене. Кроме этого, при ионообменной сорбции должен соблюдаться также закон эквивалентности обмена, согласно которому [c.130]

Закон Здановского лежит в основе разрабатываемой в последние годы термодинамической теории концентрированных )астворов электролитов [80]. С применением соотношения (3.1) О. Г. Фролов и др. [81] показали возможность расчета констант ионно-обменного равновесия в четверных водно-солевых взаимных системах, состоящих из галогенидов и нитратов щелочных металлов, в том числе натрия. [c.41]

Ионный обмен происходит эквивалентно, т. е. при равных зарядах число ионов ионита, перешедшее в раствор, соответствует числу ионов, поглощенных из раствора. Как и всякая химическая реакция обмена, ионный обмен есть процесс обратимый и подчиняется закону действия масс. Ионы, поглощенные ионитом, можно десорбировать введением раствора, содержащего ион, который способен вступить в реакцию обмена с этим ионом, т. е. отработанные иониты можно регенерировать. Регенерация катионитов проводится растворами кислот (для Н-катионитов) или солей. Аниониты регенерируют растворами гидроксида, хлорида или карбоната натрия, соляной кислоты. Сильнокислотные катиониты обменивают свои ио- [c.83]

Малоизученной в количественном отношении остается область сорбции многовалентных ионов органических веществ. Известно, что сорбция двухвалентных ионов металлов при обмене на одновалентные часто сопровождается возрастанием энтропии [206]. При этом предполагалось, что возникают два микросостояния для двухвалентного иона в отличие от одного микросостояния для пары одновалентных. Модельные представления для подобной сорбции требуют введения ряда оговорок. Прежде всего необходимо, чтобы резинаты для одновалентных ионов были идентичны. Ионный обмен должен протекать по законам эквивалентности. Двухвалентный ион в ионите должен характеризоваться по меньшей мере двумя энергетическими микросостояниями, для чего можно представить в качестве возможных состояний большую энергию связи с одним фиксированным ионом и малую энергию связи с другим в соответствии с ограничением подвижности сетчатой структуры ионита. [c.116]

Поскольку процесс ионного обмена подчиняется определенным стехиометрическим соотношениям, вполне естественно, что термодинамически его можно рассматривать как некоторый частный случай гетерогенных химических процессов. Последовательное применение такого подхода приводит к распространению на ионный обмен уравнения изотермы-изобары химической реакции, определяющего дифференциальное сродство процесса, и его следствия — закона действующих масс. [c.75]

Таким образом, теория Адамсона и Гроссмана постулирует, что при ионном обмене происходит лишь взаимное согласование величин потоков противоионов, конкретный механизм которого фактически не рассматривается. Тем не менее считается, что согласование фактически не отражается на характере закона массопереноса через пленку, и, следовательно, характер механизма переноса противоионов через пленку остается тем же. [c.286]

Исторически сложилось так, что первые попытки количественного описания ионообменного равновесия относились к неорганическим ионитам — главным образом, алюмосиликатам. Можно отметить целый ряд эмпирических и полуэмпирических уравнений, попытки применить закон действующих масс или уравнение изотермы адсорбции газов — в зависимости от взглядов на ионный обмен (химическую реакцию двойного обмена, идущую во всем объеме частицы ионита, или обменную адсорбцию, идущую на поверхности частицы). Из этих эмпирических уравнений следует отметить уравнение Ротмунда и Корнфельд [240] [c.189]

В 1939 г. Никольский и Парамонова [17] термодинамически обобщили результаты исследования обмена катионов на почвах, известных к тому времени природных и синтетических алюмосиликатах. Эта работа примирила физическую и химическую трактовку ионообменного процесса. Было показано, что независимо от того, является ли обмен ионов обменной адсорбцией, протекающей на поверхности, или химической реакцией двойного обмена, идущей во всем объеме зерна, обмен ионов подчиняется единым законам. [c.190]

Селективность, как будет показано ниже, играет очень большую роль в технологии ионного обмена. Физико-химическая сущность селективности при ионном обмене вытекает из закона Кулона. Ясно, что с увеличением заряда (валентности) иона возрастает и сила его притяжения к иониту. Если представить заряд иона сконцентрированным в его центре, то за расстояние от этого заряда до поверхности ионита можно принять радиус иона. В пределах каждой основной подгруппы периодической системы элементов радиусы ионов возрастают с увеличением атомной массы элементов. Однако при этом уменьшается плотность заряда ионов, а следовательно, и степень их гидратации. Гидратная оболочка, [c.80]

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]

Ионный обмен подчиняется закону действующих масс и происходит в эквивалентных количествах. Сущность катионного обмена можно выразить схемой [c.22]

Первые сообщения об ионообменной адсорбции были сделаны в 1850 г. независимо друг от друга английскими учеными Томпсоном и Уэем. Изучая способность почв к поглощению удобрений и их вымывание дождем, они обнаружили явление обмена ионов между почвой и водными растворами солей. Несмотря на то что поглощение почвой солей (например, получение питьевой воды из морской) было известно уже в древности, серьезные исследования этого явления начались именно с указанных работ. Удовлетворительное объяснение обмена ионов (обратимость процесса, эквивалентность обмена) стало возможным только после открытия закона действия масс (1876 г.). Вещества, проявляющие способность к ионному обмену и используемые для адсорбции ионов, получили название ионообменников или ионитов. [c.164]

Константу ионного обмена можно определить из данных о равновесном распределении иоиов в статических условиях (равновесн(5С состояние при ионном обмене описывается законом действия масс), а также динамическим методом по скорости перемеи1ения зоны вещества по слою смолы (элюентиая хроматография). Если через колонку с катионитом, в верхней части которой находится сорбированный йог М +, пропускается раствор кислоты, то в смоле происходит многократный цроцесс обмена [c.52]

Введение в коллоидные растворы индифферентных солей сопровождается двумя явлениями 1) ионным обменом между противоионами ДЭС и ионами добавленного электролита 2) сжатием диффузной атмосферы вокруг поверхности частиц. В качестве примера рассмотрим процессы, происходящие при добавлении раствора NaNOa к золю Agi с отрицательно заряженными частицами. В таком золе противоионами могут служить, например, катионы К . Между введенными ионами Na+ и противоионами ДЭС — катионами К" — происходит ионный обмен. Взаимодействие ионов и Na+ с ионами 1 , являющимися потенциалобразующими, примерно одинаково, поэтому их взаимный обмен подчиняется в основном закону действующих масс. Диффузный слой содержит смесь тех и других ионов. Однако здесь проявляется и другая сторона действия электролита. Добавка электролита приводит к повышению ионной силы раствора. Согласно теории Дебая—Хюккеля, с повышением ионной силы раствора уменьщается толщина ионной атмосферы и происходит сжатие диффузной части ДЭС. При этом некоторое число противоионов переходит из диффузного слоя в адсорбционный. Следствием такого распределения противоионов является снижение величины -потенциала (рис. 25.3, /), в то время как величина и знак ф-потенциала поверхности частиц остаются практически постоянными. Влияние электролитов усиливается, если в их составе имеются многозарядные ионы ( u" +, Са" +, АГ +, Th + ). Многозарядные катионы более активно взаимодействуют с отрицательными зарядами (в данном случае с ионами 1 ). Вследствие этого такие ионы вытесняют ионы К" " из Диффузного и адсорбционного слоев в раствор, становясь на их место. При этом падение -потенциала происходит быстрее, чем при действии однозарядных ионов (рис. 25.3,2). При добавлении электролитов с ионами, имеющими заряд 3, 4 и более, может происходить не только снижение -потенциала до нулевого значения, но и перемена знака заряда (рис. 25.3, [c.401]

Катиониты содержат активные функциональные группы —50зН, —СООН или —ОН (фенольная группа), которые прочно связаны со скелетом смолы. Подвижными, т.е. обменными, остаются только проти-воионы ионы водорода этих групп (Н — форма катионита) или заместившие их катионы (солевая форма). У анионитов обменными являются гидроксид-ионы или анионы кислот. Из смол отечественного производства чаще всего применяют катиониты КУ-1, КУ-2, КУ-23 и аниониты ЭДЭ-10П, АВ-16, АВ-17, АВ-31. Ионный обмен подчиняется закону действующих масс и происходит в эквивалентных количествах (см гл. VI, 3). [c.424]

Коэффициент избирательности вычисляется из экспериментальных результатов и играет большую роль в обработке данных по ионному обмену. Уравнения (3. 1, а) и (3. 1, б) применимы как для катионного, так и для анионного обмена. С формальной точки зрения, выражение для коэффициента избирательности совпадает с уравнением закона действия масс тем не менее следует строго отличать коэффициент избирательности от термодинамической константы равновесия. При подстановке экспериментальных данных для [А]и и [В]и в уравнения (3. 1, а) и (3. 1, б) следует учитывать не только ионы, соответствующие фиксированным ионам, но и ионы, соответствующие копонам (гл. 2. 5). Появление последних в ионите обусловлено проникновением в него раствора. Если концентрация раствора мала, то этим проникновением можно пренебречь. Таким образом, для полностью диссоциированных ионитов (в частности, для ионитов сильнокислотного и сильноосновного типов) число эквивалентов ионов, способных к обмену, практически совпадает с полной обменной емкостью ионита. Однако в случае сильно набухающих смол проникновение электролита должно учитываться даже при низких концентрациях. [c.59]

Решение задачи моя ет быть получено путем использования уравнения материального баланса движущегося вещества и уравнения, описывающего взаимодействие вещества с вмещающими породами во времени. Последнее уравнение определяется физикохимическими законами взаимодействия вещества с кме1цающими породами (сорбция, ионный обмен, химические реакции) и является уравнением кинетики соответствующего физико-химического процесса. [c.8]

В работах многих авторов [8—14J установлено, что ионный обмен является обратимым процессом, подчиняющимся закону действующих лгасс [3J. Реакция обмена одновалентных ионов на катионите может быть записана в виде [c.61]

Соотношение (11) представляет собой хорошо известное следствие закона действия масс в применении к ионному обмену в разбавленных растворах оно показывает, что коэффициент распределения изменяется обратно пропорционально концентрации макроиона в соответствующей степени. Если заряд макроиона известен, заряд микроиона мошно определить по углу наклона кривой зависимости [c.193]

Для понимания причин и факторов, определяющих избирательность различных сорбентов, необходимо физико-химическое рассмотрение процессов, происходящих при ионном обмене. Как известно, количественное изучение ионообменного равновесия привело к различным уравнениям, которые описывают зависимость между концентрацией ионов в растворе и в ионите. Вначале это были полуэмнирические уравнения, типа изотермы адсорбции Фрейндлиха, а также уравнения Лэнгмюра. Позже появились более стройные теории, объясняющие равновесные ионообменные процессы с позиций мембранного равновесия или закона действия масс. [c.407]

Избирательное поглощение одного или группы веществ в сорбционной колонке протекает по законам динамики, описанным для фронтального процесса. Решающим фактором в дополнение к избирательности является образование резкой границы фронта зоны сорбируемого компонента. Если кинетическому размыванию зоны не противопоставляется равновесное обострение, то поглощающийся компонент начинает очень быстро проскакивать через колонку задолго до ее насыщения этим веществом. При механизме обострения и удачном выборе кинетических параметров (скорость протекания раствора, размер зерен сорбента и др.) проскок сорбируемого вещества начинается лишь после того, как большая часть колонки будет насыщена этим компонентом по отношению к исходному раствору. При ионном обмене, как было показано [8] при анализе системы уравнений тина (1) и уравнения изотермы ионного обмена (4), образование резкой границы хроматографической зоны при обмене равновалентных ионов наблюдается в том случае, когда константа обмена поглощаемого и вытесняемого ионов больше единицы (первый ион — вытеснитель). В случае обмена ионов разной валентности условие обострения границ зон ионов определяется неравенством [c.118]

В радиохимии исключительно важную роль играют явления адсорбции. С ними тесно связаны ионный обмен н во многом соосаждеине. На явлениях адсорбции основаны методы выделения многих радиоизотопов. С другой стороны, в результате адсорбции могут происходить значительные потери радиоизотопов в процессе выделения на стенках сосудов и поверхности осадка. Неудивительно, что изучение адсорбции радиоизотопов началось вскоре после открытия радиоактивности. Долгое время, однако, эти исследования были обособленными в значительной мере потому, что многие ви-цели специфику адсорбционного поведения в радиоактивных свойствах исследуемых элементов. Выводы первоначальных качественных исследований были сформулированы в виде адсорбционных правил и нашли полное выражение в форме закона адсорбции Гана Радиоэлемент адсорбируется на полярном кристалле в том случае, если поверхность кристалла имеет заряд, противоположный по знаку заряду иона радиоэлемента. При этом адсорбция тем сильнее, чем менее растворимо или диссоциировано соединение радиоэлемента с противоположно заряженным ионом решетки . В дальнейшем накопившийся экспериментальный материал показал, однако, несостоятельность сушествующих адсорбционных правил и необходимость перехода от качественного изучения адсорбции к количественному. Стало очевидным, что надо искать не условия возможности адсорбции, а точные количественные законы, характеризующие интенсивность протекающих процессов. [c.24]

Для дополнительного смещения равновесия при ионном обмене в направлении десорбции ионов могут быть использованы трех-фазные системы, включающие подвижную жидкую фазу, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей. При рациональном выборе растворителей и условий проведения процесса можно добиться не только смещения равновесия в системе ионит—водная фаза в направлении десорбции, но и усилить этот эффект путем одновременного смещения равновесия в двух сосуществующих жидких фазах в направлении переноса вещества из водной фазы в органическую. Очевидно, что реализация такого рода процесса должна состоять в использовании некоалесцируемой эмульсии, вступающей в контакт с ионитом. Описание законов деформирования границ зон ионов в колонке для подобных систем должно учитывать две подвижные жидкие фазы [327]. [c.157]

Уравнения (IV. 111) в ионном обмене являются формальнык аналогом известных уравнений идеальной адсорбции неионны> компонентов из их смеси (уравнений Маркгема и Бентона [25]) Заметим,, что многоионный обмен исследовался в работа [104—116], результаты которых в основном подтверждают возмоЖ ность его рассмотрения на базе закона действующих масс. [c.102]

Подставляя значения логарифмов коэффициентов активности в уравнение закона действующих масс, которое Венслоу (см. [17]) в 1932 г. вывел в применении к ионному обмену как химической реакции), легко получить следующую формулу [c.191]

Как и в ионном обмене, лигандообменное равновесие может быть описано законом действующих масс. Однако при количественном расчете равновесия необходимо учитывать следующие причины отклонения системы от идеального состояния во-первых, часть координационной сферы металла может быть блокирована иоиогенными группами сорбента во-вторых, по стерическим причинам в фазе смолы может проходить образование координационно ненасыщенных ком-плексов в-третьих, образующиеся смешанные комплексы мо-. гут иметь различный состав и строение и, наконец, иные ме- ханизмы С0р1б ции могут приводить к дополнительной сорбции лигандов сверх того количества, которое участвует в образо-зании смешанных сорбционных комплексов- [c.17]

Уравнение изотермы ионного обмена получено в результате исследований ряда ученых и связано с применением к этому явлению закона действующих масс. Впервые закон действующих масс к ионному обмену применил А. В. Раковский (1913). Одновременно с ним уравнение изотермы обменной адсорбции, также основываясь на применении закона действующих масс, дал Ганс (Gans, 1913). С. М. Липатов (1926) предложил уравнение изотермы ионного обмена, применив закон действующих масс к реакции обмена иона меди между адсорбентом и раствором. [c.67]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология