5.8.12 Ионобменная адсорбция

Обмен противоионов ДЭС на ионы электролита одного знака заряда может проходить в строго эквивалентных количест­вах. Как показал Никольский (1939), количества обменивающихся ионов (g₁, g₂) с зарядом (z₁, z₂) находятся в прямой зависимости от их термо­динамической активности (a₁, a₂) :

, (V.44)

где K₁₂ - константа равновесия ионнообменного процесса.

К обмену способны не только ионы, адсорбированные адсорбентом, но и ионы, образующиеся из самого адсорбента в результате его диссоциации (высокомолекулярные полиэлектролиты-смолы).

Все поглотители, для которых характерен процесс эквивалентного обме­на подвижных ионов (в то время как ионы другого знака закреплены в ст­руктуре), носят название ионитов (например, ионитные смолы).

Обмен ионов на границе с раствором может быть выражен схемой:

П И₁ + И₂ П И₂ + И₁,

где П - поглотитель (твердое тело);

И - ионы, участвующие в обмене.

Если ионит способен к обмену катионов, то он называется катионитом, если обменивается анионами, то называется анионитом. Имеются и амфотер­ные иониты, способные в зависимости от рН к обмену и анионов, и катионов.

Ионообменная адсорбция ши­роко применяется в процессах водоумягчения и водоочистки, в процессах крашения растительного волокна, для улавливания ценных веществ из руд­ных вод, а также повышения культуры почвоведения и агрономии. Закономерности адсорбции используются при проведении качественного и количественного анализа различной продукции, например, для определения количества растворенного вещества адсорбционным титрованием.

Метод основан как на избирательной адсорб­ции ионов твердой фазой, так и закономерностях обмена противоиона на окрашенный ион индикатора. При титровании исходного раствора под­бирают титрант таким образом, чтобы он дал нерастворимое вещество. До­бавляют индикатор типа NaR. В ходе титрования частицы золя (твердая фаза) в присутствии электролитов агрегатируются, в результате чего происходит ко­агуляция с образованием осадка.

Так, раствор NaCl можно титровать раствором AgNO₃ или Hg₂(NO₃)₂:

2NaCl + Hg₂(NO₃)₂ = Hg₂Cl₂ + 2NaNO₃.

Нерастворимое соединение Hg₂Cl₂ адсорбирует избирательно Cl^- (так как до точки эквивалентности NaCl будет в избытке), образуя отрицательно заряженные коллоид­ные частицы, которые не взаимодействуют с окрашенными отрицательными ионами индикатора Na⁺R^- ; поэтому осадок не окрашен:

{mHg₂Cl₂ nСl^- (n-x)Na⁺ }^-x xNa⁺.

При достижении точки эквивалентности [а точнее, раствор чуть-чуть перетитровывается и теперь в избытке будет Hg₂(NO₃)₂] заряд частицы изменится на противоположный:

{mHg₂Cl₂ n[Hg₂]²⁺ 2(n-x)R^-}^+2x 2xR^- ,

из–за чего произойдет окрашивание положительных коллоидных частиц каломели отрицательными ионами окрашенного иона R^-индикатора (ионы NO₃^-заменятся на более крупные ионыR^-). Так как все окрашенные ионы индикатора уйдут к твердому телу, то раствор обесцветится.

Таким образом, точка эквивалентности определяется по двум признакам: по моменту полного окрашивания осадка с одновременным полным обесцвечиванием раствора.

55