2.2.4. Виды адсорбции на границе твердое тело—раствор

Молекулярная адсорбция — характерна для неэлектролитов и слабых электролитов

Ионная адсорбция — характерна для сильных электролитов:

– эквивалентная — оба иона адсорбируются в эквивалентных количествах (слабые электролиты);

– обменная адсорбция — адсорбция одного из ионов электролита сопровождается одновременным вытеснением с адсорбента эквивалентного количества другого иона того же знака (сильные электролиты);

– избирательная адсорбция — на адсорбенте адсорбируются преимущественно ионы одного типа (сильные электролиты).

Правило избирательной адсорбции (Фаянса—Панета)

На поверхности адсорбента преимущественно адсорбируются ионы, которые или входят в состав вещества адсорбента, или изоморфны его ионам и способны достраивать кристаллическую решетку вещества, или образуют с одним из ионов адсорбента труднорастворимые соединения.

Адсорбционная способность ионов зависит от их заряда и радиуса в гидратированном состоянии:

Li⁺ > Na⁺ > K⁺ > Rb⁺ > Cs⁺

уменьшение радиуса гидратированного иона

Л иотропный ряд адсорбции однозарядных катионов:

катион Cs⁺ Rb⁺ NH₄⁺ K⁺ Na⁺ Li⁺

радиус, Å 1,68 1,48 1,43 1,33 0,95 0,6

увеличение радиуса гидратированных катионов

у меньшение адсорбции

Лиотропный ряд адсорбции однозарядных анионов:

анион NO₃^– I^– Br^– Cl^– F^–

радиус, Å 2,5 2,16 1,36 1,81 1,36

увеличение радиуса гидратированных анионов

у меньшение адсорбции

2.2.5. Ионообменная адсорбция

Адсорбенты, способные к обмену ионами, называются ионитами.

Иониты — твердые адсорбенты, нерастворимые в воде и органических растворителях, имеющие общие формулы RM_x и RA_y, содержащие катион M или анион А, способные к обмену с катионом M₁ и анионом A₁.

Иониты имеют сетчатую структуру. С сеткой ковалентно связаны группы атомов R^±, несущие положительный или отрицательный заряд (фиксированные ионы). Этот заряд компенсируется противоионами (М⁺ или А^–). Фиксированные ионы вместе с противоионами (R^–M⁺ или R⁺А^–) называют ионогенными группировками.

По типу ионогенных групп иониты делят на катиониты R^– M⁺ (кислотные иониты, обменивающие катионы) и аниониты R⁺А^– (основные иониты, обменивающие анионы).

Сильнокислотные катиониты содержат остатки серной, фосфорной и других кислот, слабокислотные — карбоксильные, сульфгидрильные группы.

Сильноосновные аниониты содержат аммониевые или сульфониевые основания, а слабоосновные — аминогруппы и остатки других органических азотистых оснований.

Ионообменные реакции:

для катионита: _{R–H+ + Na+   R–Na+ + H+}

для анионита: R⁺OH^– + Cl^–   R⁺Cl^– + OH^–

Активность ионитов — поглощающая способность характеризуется обменной емкостью (ОЕ) — количеством ионов (ммоль), связываемых одним граммом сухого ионита из раствора в равновесных условиях.

Иониты нашли широкое применение в медицине: как средства для регулирования водно-солевого баланса, для детоксикации при отравлениях токсичными электролитами, для предотвращения ацидозов и т. д. В хирургии, например, монокарбоксицеллюлоза используется в качестве гемостатического бактерицидного и рассасывающего средства, а также как носитель лекарственных препаратов.

Применение в фармации: умягчение жесткой, опреснение засоленной воды, для извлечения из анализируемых смесей различных компонентов.