![](/user_photo/65070_2azrz.gif)
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq51x1.jpg)
Адсорбция на твёрдой поверхности из растворов электролитов
Ионная адсорбция — это взаимодействие ионов растворенного вещества с твёрдой поверхностью адсорбента (преимущественно полярная поверхность).
Типы адсорбции ионов: |
|
||
1) |
избирательная адсорбция; |
Закономерности избирательной адсорбции |
|
2) |
ионообменная адсорбция. |
Правило избирательной адсорбции Панета́ и Фаянса́ : |
|
|
|
|
|
|
|
|
На твёрдой поверхности адсорбента в первую очередь будут |
|
NO3- |
NO - |
сорбироваться те ионы, которые могут достраивать кристаллическую |
|
|
3 |
|
решётку адсорбента.
NO3- |
Ag+ |
Ag+ |
|
NO3- |
|
|
|
|
Ag+ |
|
|
|
Ag+ |
AgCl Ag+ |
|
|
|
NO - |
|
|
|
||
3 |
|
|
|
NO |
- |
|
|
|
|
||
|
Ag+ |
|
Ag+ |
3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ag+ |
|
|
NO |
- |
|
NO - |
|
NO - |
3 |
|
|
|
||
|
|
|
3 |
|
3 |
Правило электроселективности:
На твёрдой поверхности адсорбента адсорбируются только те ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда поверхности адсорбента.
51
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq52x1.jpg)
Закономерности избирательной адсорбции (продолжение)
―многозарядные ионы, особенно катионы, адсорбируются лучше однозарядных.
―при одинаковом заряде адсорбционная способность на твёрдой поверхности больше у тех ионов, радиус которых в гидратированном виде меньше.
Лиотропные ряды ионов
Li+ → Na+ → K+ → Rb+ → Cs+ Mg2+ → Ca2+ → Sr2+ → Ba2+
Увеличение радиуса атома
Увеличение гидратации
Увеличение радиуса гидратированного иона
Увеличение адсорбции
F− → SO42− → [цитрат]3− → (−OOC–COO−) → CH3COO− → Cl− → NO3− → Br− → CNS−
52
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq53x1.jpg)
Какие ионы будут адсорбироваться на поверхности кристаллов сульфата бария из раствора, содержащего смесь нитрата натрия и хлорида бария?
53
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq54x1.jpg)
Ионы Ва2+, так как при контакте раствора электролита с твёрдой кристаллической поверхностью происходит избирательная ионная адсорбция. По правилу Па́нета и Фа́янса: кристаллическую решётку адсорбента достраивают ионы, которые входят в её состав, а также те, которые образуют с ними малорастворимые соединения.
54
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq55x1.jpg)
Глинозём (содержащий 98 % Al2O3) используется в качестве сорбента и может быть применен для извлечения ионов из растворов, содержащих смесь солей. Какой катион будет адсорбироваться на поверхности глинозёма, содержащего смесь хлоридов лития и цезия.
55
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq56x1.jpg)
Согласно лиотропному ряду будет адсорбироваться катион цезия. Радиус его гидратированного иона меньше и поэтому адсорбционная способность больше.
56
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq57x1.jpg)
Ионообменная адсорбция
происходит на специальных адсорбентах, которые называются ионитами (ионообменниками). Иониты— это водонерастворимые вещества, в структуре которых содержатся функциональные группы, способные к диссоциации.
Параметр |
Катионит |
Анионит |
|
Природа ионита |
(М−H+) или(М −Kat+) |
(М +ОН−) или (М +An−), |
|
Какими ионами |
|
|
|
обменивается с |
Катионами |
Анионами |
|
внешней средой |
|
|
|
Природа |
Катионы |
Анионы |
|
подвижных ионов |
|||
|
|
||
Заряд полимерной |
Отрицательный |
Положительный |
|
матрицы |
|||
|
|
57
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq58x1.jpg)
Пример обессоливания морской воды с помощью ионитов
а) катионит в Н+– форме обменивает катионы водорода на ионы натрия из окружающего раствора; обратный процесс — возврат катионита в исходное состояние в растворе соляной кислоты;
б) анионит в ОН‒– форме обменивает гидроксидионы на хлорид-ионы из окружающего раствора; обратный процесс — возврат анионита в исходное состояние в растворе гидроксида натрия.
М (SO3− ) |
nH + + nNa+ + nCl − → М (SO3− ) |
nNa+ + nH + + nCl − |
|||||||||
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
катионит в Н+-форме |
раствор соли |
|
|
|
|
раствор кислоты |
|||||
М (N + (CH |
3 |
) |
) |
n |
nОH − + nH + + nCl − → М (N + (CH |
3 |
) |
) |
n |
nСl − + nН О |
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
2 |
||||
анионит в ОН‒-форме |
|
|
раствор кислоты |
|
|
|
|
|
обессоленная вода |
М — нерастворимая матрица.
58
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq59x1.jpg)
Какой белок будет адсорбироваться при пропускании аммонийного буферного раствора (рН 8,4), содержащего химотрипсин (pI 8,6) и пепсин (pI 2,0), через колонку с катионитом?
59
![](/html/65070/203/html_gYwYAQ6ksI.wjaW/htmlconvd-npWQwq60x1.jpg)
Адсорбируется химотрипсин, так как он имеет положительный заряд при рН < рI. Пепсин будет выходить из хроматографической колонки (рН < рI), так как молекулы пепсина при этом значении рН имеют отрицательный заряд.
60