рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ИОННЫЙ ОБМЕН

Работа сделанна в 2003 году

ИОННЫЙ ОБМЕН - Курсовая Работа, раздел Химия, - 2003 год - Синтез, кинетика, термодимика Ионный Обмен. Методы Ионного Обмена В Различных Модификациях Нашли В Настояще...

ИОННЫЙ ОБМЕН. Методы ионного обмена в различных модификациях нашли в настоящее время широчайшее применение не только для аналитических целей, но и в препаративных работах неорганического синтеза.

Несмотря на многообразие методов, с применением ионного обмена распределительная хроматография, хроматография на бумаге, использование жидких ионообменников, тонкослойная хроматография и т. д. ведущая роль по-прежнему остается за классическими методами ионного обмена. Успешное решение любой конкретной задачи с применением метода ионного обмена зависит от правильного выбора сорбента и условий его использования. Для этого весьма существенно представлять себе структуру и свойства сорбента как химического соединения, так как ионообменная способность, механические и физико-химические свойства сорбентов тесно связаны с их структурой и условиями синтеза. Ионитами называются органические или неорганические вещества, практически нерастворимые в воде или других растворителях, содержащие активные ионогенные группы с подвижными нонами и способные обменивать эти ионы на ионы других электролитов поглощаемые ионы. В зависимости от характера введения ионообменных групп все сорбенты делятся на три основных класса 1. Сорбенты, содержащие в своей структуре кислотные группы, т. е. сорбенты, обладающие свойствами кислот и способные к обмену катионов катиониты. 2. Сорбенты, содержащие в структуре основные группы, т. е сорбенты, обладающие свойствами оснований и способные к обмену анионов аниониты. 3. Амфотерные иониты, т. е. иониты, ионогенная группа которых может вести себя как кислотная или как основная, в зависимости от рН среды.

Существуют также смешанные иониты, т е. сорбенты в структуры которых одновременно входят как кислотные, так и основные группы. Основные требования, предъявляемые к ионообменным смолам, следующие высокая механическая прочность химическая устойчивость минимальная растворимость и небольшая набухаемость при контакте с раствором высокая обменная способность смола должна содержать достаточное количество пространственно доступных ионообменных групп достаточная скорость обмена желательная избирательность поглощения определенного типа ионов.

Катиониты могут содержать в своем составе различные кислотные группы сульфогруппу, фосфорнокислые, карбоксильные, фенольные, мышьяково- и селеновокислые и др. В состав анионитов в качестве функциональных групп могут входить первичные, вторичные и третичные аминогруппы, четвертичные аммониевые и пиридиновые основания.

В зависимости от величины константы диссоциации катионитов в Н -форме и анионитов в ОН- -форме все смолы делятся на сильно- и слабокислотные катиониты и соответственно сильно и слабоосновные аннониты.

При выборе сорбентов в первую очередь нужно учесть, с чем удобнее работать с катионитом или анионитом.

Многие задачи могут быть успешно решены и на том, и на другом типе сорбентов. Например, для разделения ионов металлов можно с успехом применить катиониты. Однако применение для этой же цели анионитов, основанное на разделении анионных комплексов этих металлов, часто бывает проще и быстрее.

Необходимо учитывать также избирательность поглощения сорбентами тех или иных ионов, которая обусловлена химической природой сорбента и определяется относительной прочностью связей обменивающихся ионов в фазе смолы. При этом энергия связи сорбируемого иона зависит не только от прочности связи этого иона с активной труппой сорбента, но и от прочности его связей с любыми другими, так называемыми неактивньгми, структурными группами ионита.

Сильные катиониты и аниониты, например, сульфокатиониты и аниониты типа четвертичных аммониевых оснований, не проявляют большой избирательности в отношении большинства ионов. Большая емкость смол такого типа, а также их способность функционировать в широком интервале рН могут быть использованы для концентрирования сильно разбавленных растворов, для обессоливания и в других случаях, когда необходимо полное извлечение всех катионов или анионов из раствора. Для выделения какого-либо одного элемента из смеси элементов бывает удобно подобрать такой сорбент, который избирательно поглощал бы ионы интересующего элемента. В настоящее время известно большое количество селективных сорбентов.

Синтез таких сорбентов сводится к задаче получения смолы с такой структурой, которая подобна структуре веществ, образующих прочные комплексы или нерастворимые соединения с данным ионом. Так была синтезирована смола селективно сортирующая никель путем введения в структуру смолы глиоксимовых группировок.

После выбора соответствующего сорбента необходимо определить область кислотности, в которой работает выбранный ионообменник, и его химическую устойчивость по отношению к тем рабочим средам и температурам, при которых должна проводиться очистка. Процесс обмена ионов описывается уравнением изотермы, предложенным Б.П.Никольским где X12 и X22 -концентрации обменивающихся ионов в ионите ммольг X11и X21 -концентрация обменивающихся ионов в равновесном растворе ммольмл г12и г22 -коэффициенты активности обменивающихся ионов в фазе смолы г11 и г21- коэффициенты активности обменивающихся ионов в фазе раствора Z1 и Z2 - заряды обменивающихся ионов K -константа обмена.

Определение коэффициента активности в фазе смолы задача весьма сложная. Однако можно принять, что отношение коэффициентов активности ионов в поглощенном состоянии остается постоянным, и эту величину можно ввести в константу. тогда, константа ионного обмена где a11 и а21 -активности обменивающихся ионов в равновесном растворе. Если принять, что интересующий ион отмечен индексом 1, то для этого иона из уравнения никольскова имеем не -множитель, содержащий отношение коэффициентов активности обменивающихся ионов в растворе в соответствующих степенях Отношение количества вещества, поглощенного одним грамом сухой смолы, к его концентрации в равновесном растворе называется коэффициентам распределения данного иона. На практике для характеристики поглощения часто определяют именно эту величину, а не константу обмена, которая требует учта не всегда известных коэффициентов активности.

По определению коэффициент распределения б где q12 и q11 -содержание исследуемого иона соответственно фазе смолы и в растворе при равновесии, выраженное в любых единицах V-объем раствора m-навеска ионнта.

Коэффициент распределения являетcя величиной постоянной не зависит от концентрации интересующего иона в определенном интервале концентраций. Последнее означает, что поглощение ионов элемента -примеси прямо пропорционально его концентрации в растворе, и, следовательно, при очень малых концентрациях изотерма сорбции линейна.

Величина коэффициента распределения зависит от природы второго обменивающегося иона, присутствия в растворе других ионов, в том числе мплексообразователей, кислотности раствора, температуры и давления. Отношение коэффициентов распределения двух различных ионов в одних и тех же условиях называется коэффициентом разделения этих ионов в данных условиях. Очистку соединений с помощью ионного обмена можно осуществлять разными способами.

Если вещества-примеси содержат ионы с величиной заряда, отличающейся от величины заряда очищаемого элемента, то отделение основывается на том, что многозарядные ионы из разбавленных и умеренно концентрированных растворов поглощаются намного сильнее, чем ионы с меньшей величиной заряда. Так, если на сульфокатионитетипа КУ -2 или дауэкс -50 поглотить смесь щелочных, щелочноземельных и редкоземельных элементов, то при элюировании разбавленными растворами хлорной или соляной кислоты в первую очередь будут вымываться ионы щелочных металлов.

В более сложных случаях, когда необходимо разделить элементы, коэффициенты разделения которых близки к единице, чаще всего используют метод комплексообразовательной хроматографии. В этом случае весьма существенными становятся данные о составе, условиях образования и константах устойчивости различных комплексов разделяемых элементов. В первом варианте все разделяемые ионы сначала поглощаются смолой.

Затем производят их разделение, пропуская через колонку со смолой раствор комплексообразоаателя который раздвигает -первоначально образовавшиеся близко расположенные зоны и последовательно вымывает их. При этом подбирают условия, наиболее благоприятные для комплексообравования рН, температура, концентрация, скорость.пропускания раствора и т. п Все ионы вымываются в строго определенном порядке, который задается соотношением прочности связи данного иона со смолой с прочностью образующихся в фильтрате комплексов.

Первыми вымываются те ионы, которые образуют наиболее прочные комплексы и слабее всего удержшваютоя смолой. Во втором варианте комплексообразователь, добавляют к раствору, содержащему смесь разделяемых элементов, и в этом растворе создают условия, благоприятствующие комплексообразованию. Затем производят сорбцию этой смеси комплексов на соответствующем ионите, например, на анионите, если были получены анионные комплексы. При этом лучше всего сорбируютоя наиболее прочные комплексы, которые имеют наибольшее сродство к смоле.

Чем больше различие констант устойчивости, использованных для разделения комплексов, тем полнее и эффективнее достигаемое разделение в обоих вариантах. Знание констант устойчивости различного вида комплексов очень полезно также при выборе сорбентов, селективно поглощающих определенные ионы. Известно, что во многих случаях сорбированные ионы образуют комплексные соединения со структурными элементами смолы.

Очевидно, что чем более прочные комплексы образуются в фазе смолы, тем большей избирательностью в отношении данного иона будет обладать смола. В литературе имеется немного работ, посвященных изучению прочности комплексов с функциональными группами молы. Поэтому, на практике при выборе селективного сорбента пользуются данными об устойчивости аналогичных комплексов в растворах. Комплексообразование в фазе смолы объясняет, например, высокую избирательность карбоксильных и фосфатных катионов в отношении некоторых катионов.

Установлен следующий порядок селективности фосфорнокислых смол в отношении катионов Th4 U 4 UO22 редкоземельные элементы Н Сu2 Со2 Вa2 Na. Известно также, что многие ионы образуют весьма прочные хелатные комплексы. Оказалось, что смолы, синтезированные а основе хелатообразующих соединений, обладают весьма высокой избирательностью по отношению к катионам различных металлов. Поведение хелатных ионитов во многих отношениях сходно с поведением обычных хелатных соединений.

В частноси, образование хелатов в фазе ионита сильно зависит от рН и поглощение увеличивается с ростом рН раствора. Аниониты также обладают способностью координационно связывать некоторые катионы, имеющие ярко выраженную тенденцию к образованию анионных комплексов. 1.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Синтез, кинетика, термодимика

В учебном практикуме на начальном этапе реальна постановка задачи синтеза известных веществ по известным методикам, и лишь в самых общих чертах… Теоретические основы неорганического синтеза в данном пособии рассматриваются… Это определяет круг включенных в данную главу вопросов и уровень их изложения. Так, в ней рассматриваются методы…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ИОННЫЙ ОБМЕН

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Периодическая система и е закономерности как методологическая основа неорганического синтеза
Периодическая система и е закономерности как методологическая основа неорганического синтеза. Прежде всего, методологической основой неорганического синтеза являются периодический закон и периодиче

Термодинамический анализ реакций синтеза
Термодинамический анализ реакций синтеза. Итак, при термодинамической оценке пригодности для синтеза какой-либо обратимой реакции необходимо, чтобы было отрицательным изменение энергии Гиббс

Кинетический анализ реакций синтеза
Кинетический анализ реакций синтеза. Предметом химической кинетики являются скорости реакций со всеми влияющими на них факторами и интерпретация скорости реакций на основе их механизма. В эт

Кинетика и механизм неорганических реакций
Кинетика и механизм неорганических реакций. С кинетической точки зрения неорганические реакции можно подразделить на две группы а реакции, включающие разрыв и образование ковалентных связей,

Основные методы получения веществ металлов и неметаллов
Основные методы получения веществ металлов и неметаллов. Восстановление металлов из оксидов и солеи. В основе данного метода, охватывающего широкий круг реакций, лежит восстановление выбранн

Синтез броматов РЗЭ
Синтез броматов РЗЭ. Броматы редкоземельных элементов получают при приливании раствора бромата бария к свежеприготовленному, охлажденному на льду, раствору сернокислой соли. Для ускорения взаимодей

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Пропускаем через ионообменную смолу бромат калия марки хч с небольшой скоростью, чтобы ионы Н смогли обмениваться с ионами K. В результате ионного обмена происходит реакция

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги