Часть 2. Определение константы ионного обмена

Для проведения работы необходимы:

• хроматографическая колонка со смолой КУ-2;

• рН-метр типа рН-340;

• фотоэлектрический колориметр (ФЭК-56М);

• градуированные пробирки;

• стакан емкостью 50 мл;

• 3 М и 0,6 М растворы НС1;

• раствор соли кобальта(II) или меди(II) концентрацией 30 мг/мл.

Предварительно катионит переводят в Н⁺-форму, пропуская через него 40 мл 3 М НС1 (см. определение ПОЕ смолы КУ-2). Затем смолу промывают водой до тех пор, пока рН выходящего из колонки раствора не будет равно ~3. После этого в свободную емкость 2 (см. рис. 3.7) колонки вносят 1 мл 0,6 М раствора НС1, открывают кран 6 и дают впитаться кислоте в верхний слой смолы. Затем в емкость 2 наливают воду и собирают вытекающий раствор в пробирки порциями по ~ 1,5 мл (объем уточняют по градуировке пробирок) и измеряют значение рН в каждой пробе.

Строят график зависимости рН от объема вышедшего элюата и по минимальному значению рН определяют свободный объем колонки V₀.

Через колонку пропускают 4 мл раствора соли меди или 2,5 мл раство­ра соли кобальта. Затем через колон­ку пропускают 3 М НС1 со скоростью 1 капля за 2 с для элюирования ад­сорбированных в верхней части слоя смолы ионов М²⁺. Порции элюата по мл собирают в пробирки и с помощью электрофотоколориметра опре­деляют их оптическую плотность D, используя для растворов меди светофильтр с максимумом светопропускания при 620 нм, а для раство­ров кобальта – 480 нм. Раствором сравнения служит вода. Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. 3.5).

Таблица 3.5 – Экспериментальные данные по определению константы ионного обмена.

Номер пробы	D пробы	Суммарный объем элюата V, мл

Строят график зависимости D от V (рис. 3.8) и по максимальному значению оптической плотности находят объем элюата V*_макс, вышедшего из колонки от начала элюирования до появления максимума на выходной кривой, и по уравнению (3.39) рассчитывают значение V*_макс. Константу ионного обмена рассчитывают по уравнению (3.38), при этом за концентрацию [Н⁺] принимают концентрацию НС1 в элюате; значение ПОЕ определяют в первой части работы.

Рисунок 3.8 – Зависимость оптической плотности от объема элюата.

Часть 3. Разделение смеси ионов Си²⁺ и Со²⁺

Для проведения работы необходимы:

• хроматографическая колонка с ионообменной смолой КУ-2;

• фотоэлектрический колориметр (ФЭК 56М);

• градуированные пробирки;

• стакан емкостью 50 мл;

• раствор соли кобальта (II) и соли меди(II);

• 3 М раствор НС1;

• 1,5 М раствор КС1;

• раствор, содержащий 0,15 моль/л однозамещенного цитрата калия и 0,15 моль/л двузамещенного цитрата калия.

Катионит предварительно переводят в K⁺-форму (см. определение ПОЕ смолы КУ-2). Для этого через колонку со скоростью 2 капли в 1 с пропускают последовательно растворы: 20 мл 3М НС1, 40 мл 1,5М KС1, 20 мл Н₂О. Затем около 4 мл разделяемой смеси ионов меди и кобальта пропускают через смолу и колонку промывают небольшим количеством (10–15 мл) воды. При этой операции ионы Сu²⁺ и Со²⁺ поглощаются в верхней части катионита (этот слой приобретает бурую окраску). В емкость 2 (см. рис. 3.7) наливают раствор цитрата калия, открывают кран колонки и собирают элюат в пробирки по 4,0–4,5 мл. Скорость элюирования должна соответствовать 1 капле в 1 с.

Периодически добавляют в емкость 2 десорбент и проводят элюи-рование до полного выхода кобальта из колонки, о чем свидетельствует исчезновение оранжевой окраски элюата. С помощью фотоэлектроко-лориметра измеряют оптическую плотность D каждой порции элюата со светофильтром 620 нм (для определения содержания меди) и затем со светофильтром 480 нм (для определения содержания кобальта). В качестве раствора сравнения используют воду. По калибровочным графикам, построенным с применением стандартных растворов солей меди и кобальта, находят концентрации Сu²⁺ и Со²⁺ в каждой пробе. Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. 3.7) и строят выходную кривую хроматографического разделения Си²⁺ и Со²⁺ (см. рис. 3.6).

Таблица 3.5 – Экспериментальные данные по хроматографическому разделению Сu²⁺ и Со²⁺

Номер пробы	D пробы	Суммарный объем элюата V, мл

Номер пробы	Объем пробы, мл	D при 620 нм	[Сu2+], г/л	D при 480 нм	[Со2+], г/л	Объем элюата V, мл

По уравнению (3.41) рассчитывают параметр относительной сте­пени комплексообразования ионов меди и кобальта; v₀ находят по дан­ным определения константы ионного обмена.