- •1. Предмет коллоидной химии
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Классификация дисперсных систем
- •1.3. Поверхностное натяжение. Свободная поверхностная энергия
- •1.3.1. Поверхностное натяжение индивидуальных жидкостей
- •1.3.2. Поверхностное натяжение многокомпонентных растворов
- •2. Поверхностные явления
- •2.1. Классификация поверхностных явлений
- •2.2. Адсорбция
- •2.2.1. Основные понятия и определения
- •2.2.2. Природа адсорбционных сил
- •2.2.3. Теории адсорбции
- •Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра
- •1 Моль – частиц,
- •Теория полимолекулярной адсорбции Поляни (потенциальная теория адсорбции)
- •Теория полимолекулярной адсорбции бэт
- •2.2.4. Уравнения адсорбции
- •Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса
- •Закон Генри
- •Уравнение Фрейндлиха
- •2.2.5. Адсорбция на границе жидкость-газ Понятие о пав
- •Ориентация молекул пав в поверхностном слое
- •Изотермы поверхностного натяжения и адсорбции пав
- •Физический смысл констант уравнения Шишковского
- •Поверхностная активность. Правило Дюкло – Траубе
- •Методы определения величины адсорбции
- •2.2.6. Адсорбция на твердой поверхности Особенности адсорбции на поверхности твердых тел
- •Классификация твердых адсорбентов
- •Требования, предъявляемые к адсорбентам
- •Адсорбция газов. Капиллярная конденсация
- •Адсорбция из жидких сред
- •1. Молекулярная адсорбция
- •2. Ионная адсорбция
- •3. Ионообменная адсорбция
- •Применение адсорбционных процессов
- •2.3. Адгезия и смачивание
- •2.3.1. Основные понятия
- •2.3.2. Работа адгезии и когезии
- •2.3.3. Смачивание
- •2.3.4. Связь между работой адгезии и краевым углом смачивания
- •3. Электрические свойства дисперсных систем. Электрокинетические явления
- •3.1. Возникновение электрического заряда на поверхности раздела фаз
- •3.2. Современные представления о строении дэс
- •3.3. Строение мицеллы гидрофобного золя
- •3.4. Факторы, влияющие на электрокинетический потенциал
- •3.4.1. Влияние температуры
- •3.4.2. Влияние электролитов
- •Влияние индифферентных электролитов
- •Влияние неиндифферентных электролитов
- •3.4.3. Влияние рН среды
- •3.4.4. Влияние природы дисперсионной среды
- •3.5. Электрокинетические явления
- •3.5.1. Электрофорез
- •3.5.2. Потенциал седиментации
- •3.5.3. Электроосмос
- •3 .5.4. Потенциал течения
- •4. Устойчивость и нарушение устойчивости лиофобных золей
- •4.1. Седиментационная устойчивость
- •4.2. Агрегативная устойчивость и коагуляция
- •Теория устойчивости гидрофобных золей длфо
- •Факторы, определяющие агрегативную устойчивость коллоидных систем
- •4.3. Коагуляция гидрофобных дисперсных систем
- •4.3.1. Коагуляция золей электролитами
- •Концентрационная коагуляция
- •Нейтрализационная коагуляция
- •Явление неправильных рядов
- •4.3.2. Кинетика коагуляции
- •Константа скорости быстрой коагуляции
- •Константа скорости медленной коагуляции
- •5. Свойства дисперсных систем
- •5.1. Оптические свойства дисперсных систем
- •5.1.1. Рассеяние света
- •Теория светорассеяния Рэлея
- •5.1.2. Поглощение света и окраска золей
- •5.1.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов
- •5.2. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •5.2.1. Броуновское движение
- •5.2.2. Диффузия
- •5.2.3. Осмос
- •5.3. Получение дисперсных систем
3. Ионообменная адсорбция
Ионообменная адсорбция – это процесс, при котором твердый адсорбент, практически нерастворимый в воде, обменивает свои ионы на эквивалентное число ионов того же знака из жидкого раствора.
Такой ионообменный процесс аналогичен обменным химическим реакциям, но только протекает на поверхности твердой фазы. (Зимон, с. 100)
Ионообменная адсорбция имеет следующие особенности:
специфична, т. е. к обмену способны только ионы определенного знака;
не всегда обратима;
протекает более медленно, чем молекулярная адсорбция;
может приводить к изменению рН среды.
Адсорбенты, проявляющие способность к ионному обмену, называются ионитами. В зависимости от того, какой вид ионов участвует в обмене, иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты способны обменивать катионы, в т. ч. ион Н+, аниониты – анионы, в т. ч. ион ОН–. Существуют также амфолиты, которые в зависимости от условий способны проявлять как катионообменные, так и анионообменные свойства.
Структура ионитов представляет собой жесткую высокомолекулярную матрицу (каркас, сетку), «сшитую», обычно, ковалентными связями. Каркас имеет положительный или отрицательный заряд, скомпенсированный противоположным зарядом подвижных ионов (противоионов), которые могут легко заменяться на другие ионы с зарядом того же знака. Каркас выступает в роли полииона и обусловливает нерастворимость ионита в растворителях. (Фридрихсберг, с. 190)
Различают природные и синтетические иониты. Природные: алюмосиликатные материалы – гидрослюда, цеолиты и т.д. Синтетические: ионообменные смолы, сульфитированные угли, ионообменные целлюлозы.
Применение адсорбционных процессов
Адсорбция газов на твердых поверхностях используется для очистки воздуха производственных помещений от паров некоторых растворителей, вредных веществ и примесей, в противогазах, а так же для очистки технологических газовых потоков от вредных веществ загрязняющих атмосферу. Например, в масложировой промышленности при производстве маргарина, в бродильной промышленности при производстве дрожжей. Поглощение паров воды происходит на поверхности сахара, соли, сухарей, снижая их качественные показатели.
Адсорбция на границе твердое тело – жидкость широко применяется для очистки жидкостей от примесей. Например, очистки и осветления воды, которая в дальнейшем используется для питья, диффузионного сока при производстве сахара. Осветление мясных и рыбных бульонов основано на том, что белковые вещества (яиц, мясной оттяжки) при высокой температуре сворачиваются, образуя пористую массу, которая адсорбирует частицы, придающие бульону мутность. Яичный белок применяют также для осветления фруктово-ягодных сиропов, используемых для приготовления желе.
Восприятие человеком запаха и вкуса зависит от адсорбции молекул соответствующих веществ в носовой и ротовой полостях.
Адсорбция веществ на границе жидкость – газ способствует устойчивости пен. Адсорбция пищевых кислот, например лимонной, снижает поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков. Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в промышленности в качестве сопутствующего процесса при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.п.
Ионный обмен широко применяется в различных отраслях промышленности: для очистки сточных вод, умягчения и обессоливания воды, при производстве сахара, молока для детского питания (для изменения его солевого состава), вина (для предотвращения помутнения, путем удаления излишков ионов Fe3+, Cu2+ и Cа2+, и понижения кислотности). (Зимон, с. 104)
Лекция 8