Ионообменная адсорбция

Ионообменная адсорбция – это процесс, при котором твёрдый адсорбент обменивает свои ионы на ионы такого же знака заряда, находящиеся в растворе.

Для ионообменной адсорбции характерно следующее:

• эта адсорбция специфична, т.е. к обмену способны только определённые ионы, по своей природе этот процесс приближается к химическим явлениям;

• ионообменная адсорбция не всегда обратима;

• протекает медленнее, чем молекулярная адсорбция;

• при ионообменной адсорбции может меняться рН среды.

Вещества, проявляющие способность к ионному обмену при контакте с растворами электролитов, называются ионитами. Большинство ионитов – твёрдые, нерастворимые, ограниченно набухающие вещества. Иониты состоят из каркаса, несущего положительный или отрицательный заряд, и подвижных противоионов, которые компенсируют своими зарядами заряд каркаса и стехиометрически обмениваются на противоионы раствора электролита.

По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты, аниониты и амфолиты.

По химической природе каркаса – на неорганические, органические и минерально-органические. Неорганические и органические иониты могут быть природными (целлюлоза, древесина, торф) и синтетическими (силикагель, Al₂O₃, наиболее важны ионообменные смолы). Минерально-органические состоят из органического полиэлектролита на минеральном носителе.

Иониты применяются для очистки, разделения и концентрирования веществ из водных органических и газообразных сред. Например: очистка сточных вод, лекарственных веществ, сахара, выделение ценных металлов и т. д.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

(по теме «Поверхностная энергия. Адсорбция»)

1. Какова причина возникновения избыточной поверхностной энергии?

2. Что называется поверхностным натяжением? От чего зависит величина поверхностного натяжения?

3. В чём заключаются причины самопроизвольных поверхностных явлений?

4. Какие поверхностные явления связаны с уменьшением величины межфазной поверхности?

5. Что называется адсорбцией? Чем она обусловлена?

6. Чем можно объяснить, что деревянную палочку диаметром 1 см сломать легко, а стальной стержень такого же диаметра – практически невозможно?

7. Какие вещества называются поверхностно-активными, поверхностно-инактивными?

8. В чём состоят особенности строения молекул ПАВ и ПИВ и их адсорбции?

9. Как зависит поверхностное натяжение от концентрации ПАВ в растворе?

10. Уравнение Гиббса, его анализ. Ориентация молекул в поверхностном слое; структура липидного биослоя.

11. Чем отличается физическая адсорбция от хемосорбции?

12. Что называется поверхностной активностью? Как её можно определить графически и аналитически?

13. В чём заключается правило Дюкло-Траубе?

14. Как графически можно определить предельную адсорбцию?

15. В чём состоят особенности газов и паров на твёрдых поверхностях?

16. Какие участки есть на изотерме Ленгмюра? Какие математические уравнения характеризуют каждый участок?

17. Перечислите основные положения теории Ленгмюра.

18. Как с помощью теории Ленгмюра можно объяснить ступенчатую адсорбцию?

19. От каких факторов зависит адсорбция на пористых адсорбентах?

20. Какие свойства газов влияют на их адсорбцию.

21. Что является причиной адсорбции растворённых веществ на поверхности твёрдых тел?

22. Какая адсорбция является молекулярной, от каких факторов она зависит?

23. Как зависит молекулярная адсорбция от природы растворённого вещества, растворителя и адсорбента?

24. Перечислите особенности ионной адсорбции. Как она зависит от размеров и зарядов ионов?

25. Сформулируйте правило Панета –Фаянса.

26. В чём сущность ионообменной адсорбции? Какое состояние называется ионообменным равновесием? Какая величина его характеризует?

27. Какие поверхности называются гидрофильными, гидрофобными?

16