Су молекуласының адсорбциясы және кеуекті ионалмастырғыштағы темір атомдарының атомдық динамикасы.

Темір ионының иондыалмасу сульфошайырына су молекуласының адсорбциясымен (гидратациясымен) ионды алмастыру арқылы енгізілген атомдық динамикасы зерттелді. Бұл шайырлар ионды алмасуға қабілетті функциональды топтары (сульфотоптары) бар стирол мен дивинилбензол сополимерлерін береді. Олар ісініп гельді құрылыс, сонымен қатар шынайы беттік ауданы жүздік м²/г болатын ісінбейтін құрылыс түзеді, мысалы, КУ-23 меншікті беттік ауданы 400 м²/г. Бұдан басқа, мұндай сорбенттердің кеуек размерлерін стиролды дивинилбензолмен бірлесуі дәрежесін пісіре отырып өзгертуге болады. Шайырларды гидратациялауда f_а мәні сумен адсорбирленген молекула санына сызықты тәуелді болғандықтан ⁵⁷Fe мессбауэрлік спектрлерінің интенсивтіліктерінің төмендеуіне алып келеді (3.27-сурет).

f_а мәні бір алмастырғыш катионында 4 Н₂О молекуласы бар (осы шайырдағы максималды су мөлшерінің 0,04-0,16 құрайды) бірдей ісінген (КУ-2) және ісінбеген шайырлардың гидратациялауының аз дәрежесінде Fe³⁺ пен Fe²⁺ үшін толығымен бірдей жоғалады. f_а мәнінің азаюы суды адсорбциялағаннан кейінгі кеуектердегі темір катиондары үшін (r²) мәнінің өсуімен байланысты болып табылады.

Сорбенттерді 77 К-ге дейін қатырудан кейін гидратталған, сол сияқты гидратталмаған шайырларда да интенсивті мессбауэрлік спектрлер байқалады. 77 К-нен 300 К-ге дейін температураны жоғарылатқанда гидратталмаған шайырларда f_а мәнінің аз елеусіз азаюына алып келеді және ол тігу дәрежесіне тәуелді емес. Гидратталған шайырлардың барлығында f_а мәні 170 К-нен бастап күрт азаяды, 250 К-де жоғалады және ол тігу дәрежесіне тәуелді болып келеді (3.28-сурет).

3.27-сурет. f_а мәнінің бөлме температурасында КУ-2 (°) КУ-23 (•) иондыалмастырғыш шайырлардағы темір катионындағы су молекуласының санына тәуелділігі [14]

 

Егер гидратация кезінде алмасу шайыр ішіндегі сұйық фазаның барлық көлеміне біркелкі таралатын болса, олардың концентрациясы тігу дәрежесінің жоғарылауымен өседі және осы жүйе үшін тігу дәрежесі 1, 7 мен 12% болған кезде 0,63; 1,0 және 2,3 г-ион/л құрайды. Бұл жағдайда тігудің көп дәрежесі кеуектегі қатырылған сұйықтың төмен балқу температурасына, соған орай эффектің жоғалуының төменгі температурасына сәйкес келуі қажет. Алайда тәжірибе керісінше нәтиже береді. Бұдан ісінген сульфошайырда темірдің гидратталған алмасушы иондары шын мәнінде сұйық ортаның барлық көлеміне біркелкі таралмайды, тек алмасу ортасында (центров) концентрленеді. Бұл жағдайда жоғалу эффектісі температурасының өзгешелігі су фазасындағы суммалық концентрациясымен емес, полимер торының құрылысымен анықталады: шайыр құрылысы ашық болған сайын, иондар қозғалмалы бола бастайды және f_а жоғалу температурасы төмендей бастайды. Сондықтан суды адсорбциялағаннан кейін (r²) өсуі шайырдың полимерлі құрылысының тігу дәрежесіне тәуелді болып келеді.

3.28-сурет. Әртүрлі пайызды тігулі сульфошайырларда Fe³⁺ үшін f_а температуралық тәуелділігі