АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Ионообменная адс-ция, ее особ-сти и зак-сти.

Помимо адсорбции ионов на твердой поверхности возможен также обмен ионами между раствором и поверхностью твердого тела. Поскольку ионный обмен связан с адсорбцией ионов из раствора электролита и десорбцией ионов с твердой поверхности в раствор, его называют ионообменной адсорбцией. Ионный обмен представляет собой обратимый процесс эквивалентного обмена ионами между раствором электролита и ионитом (ионообменником, ионообменным сорбентом, ионообменной смолой). Иониты состоят из матрицы (каркаса), заряженного положительно (или отрицательно) и подвижных анионов (или катионов), компенсирующих заряд матрицы и способных обмениваться с ионами раствора. Иониты разделяют на природные и синтетические. К первым относятся пермутиты (алюмосиликаты), которые довольно давно начали применять для умягчения воды; цеолиты; гидрослюда; ионообменные смолы; гуминовые кислоты; сульфоугли и т.д. Ко вторым – гели гидроксидов металлов (например, железа или алюминия). В зависимости от природы матрицы (каркаса) иониты делят на органические (сульфоугли, гуминовые кислоты, ионообменные смолы и др.) и неорганические (цеолиты, пермутиты, гели гидроксидов металлов). В зависимости от того, какими ионами иониты могут обмениваться с раствором, различают катиониты, аниониты и амфолиты. Катиониты состоят из отрицательно заряженной матрицы и обмениваются с раствором катионами: Типичные представители ионитов – ионообменные смолы – состоят из трехмерной сетки углеродных (углеводородных) цепей, на которых закреплены функциональные группы той или иной природы(сульфо-, гидроксо-, амино-, карбоксогруппы и т.д.). По фазовому состоянию ионообменные смолы представляют собой нерастворимыегели-полиэлектролиты с ограниченной способностью к набуханию. Одной из основных характеристик ионитов является их набухаемость. Количественной характристикой набухаемости является степень набухания, которую определяют как отношение разности объемов набухшего и сухого ионита к объему сухого ионита (или отношение разности масс набухшего и сухого ионита к массе сухого ионита).Набухание увеличивает скорость ионного обмена, который можноразбить на пять основных стадий: 1) диффузию адсорбир. ионов из раствора к поверхности зерен ионита; 2) диффузию ионов внутри зерен ионита к месту ионного обмена; 3) собственно ионный обмен; 4) диффузию замещенных ионов от места обмена к поверхности зерен ионита; 5) переход вытесненного иона из объема зерна ионита в раствор. Другими важными характеристиками ионитов являются их обменная емкость (статическая или динамическая), кислотно-основные характеристики, селективность, химическая стойкость и механическая прочность. Емкость характеризует количественную способность ионита обменивать противоионы; она показывает, какое количествомоль экв ионов может адсорбироваться на 1 кг сухого (или на 1 л набухшего) ионита. Статическая обменная емкость (СОЕ), илиполная обменная емкость, показывает, каким количеством ионовспособен обменяться ионит с раствором в результате длительного контакта (при наступлении равновесия). СОЕ применяемых в промышленности и в быту природных и синтетических ионитов варьируется в пределах 0,2–10,5 моль экв/кг. Динамическая обменная емкость (ДОЕ), или рабочая обменная емкость, относится только к той части рабочих групп ионита, которая участвует в ионном обмене, протекающем в реальных технологических условиях (напри-мер, в ионообменной колонне при определенной объемной скорости движения раствора относительно ионита). ДОЕ зависит от скорости движения раствора, размеров колонны и других факторов и всегда меньше СОЕ. Кислотно-основные характеристики ионитов указывают, какую среду они создают в растворе (обмениваясь с ним протонами или гидроксогруппами). Селективность ионитов характеризует их способность обмениваться с раствором определенным видом ионов. Химическая стойкость ионитов характеризует их способность длительное время не деградировать в агрессивных средах (например, сильнокислых или сильнощелочных), а механическая прочность показывает их способность противостоять различным механическим воздействиям.В аналитической химии иониты применяют для концентрирования мельчайших количеств определяемых веществ (что существенно расширяет возможности аналитических методик), удаления мешающих ионов, количественного разделения компонентов сложных смесей (например, в хроматографии) и многих других целей.

Ионообменная адсорбция широко применяется для очистки от примесей, обессоливания и умягчения воды в очистных сооружениях (в том числе городских и устройствах индивидуального пользования – фильтрах для очистки воды), атомной энергетике, электронной и дру-гих отраслях промышленности, при гидрометаллургической перера-ботке бедных руд различных цветных металлов, при получении ле-карственных препаратов и так далее. Так, например, кислотность мо-лока понижают путем обработки его анионитами (с функциональны-ми аминогруппами), для разделения аминокислот и улавливания пи-щевых кислот используют катиониты с функциональными карбоксо-группами, при производстве пектина и пищевых кислот используют катиониты с функциональными сульфогруппами и так далее. Ионный обмен имеет место в почве, и ее ионообменная емкость является одной из важнейших характеристик, определяющих ценность (плодородность) почвы. Катионообменные свойства почв являются основной причиной поступления в почву и удержания в ней многих важных для питания растений катионов (например, Mg2+и Ca2+). Ионообменные свойства почв зависят от количества и вида со-держащихся в них гуминовых кислот, глин и других ионитов, а также от рН почв.

35. М-ды получения ДС(диспергирование, конденсация, пептизация) Особенности диспергационного метода.

Облегчение разрушения материалов за счет добавления в систему понизителей прочности основано на эффекте Ребиндера (эффекте адсорбционного понижения прочности твердых тел), который заклю-чается в том, что вследствие адсорбции понизителей прочности (в роли которых выступают поверхностно-активные вещества (ПАВ)) на поверхности твердых тел происходит уменьшение их поверхностной энергии (GS = σS); в итоге разрушение твердых тел протекает с мень-шими энергетическими затратами. Кроме того, адсорбирующиеся в трещинах и на других дефектах поверхности твердых тел молекулы или ионы ПАВ создают там расклинивающее давление, что облегчает деформирование твердых тел на первой стадии измельчения. Применяющиеся в качестве понизителей твердости вещества так-же стабилизируют образующиеся дисперсные фазы и предотвращают их налипание на поверхность мелющих устройств. Таким образом, применение понизителей прочности, во-первых, облегчает измельчение твердых тел (уменьшая энергозатраты на эту операцию), а, во-вторых, позволяет диспергировать их до субмикронных размеров (затрудняя агрегацию частиц образующихся при измельчении порошков). Диспергирование широко применяется при измельчении руд, производстве цемента, минеральных солей и удобрений, при сжигании жидкого топлива, производстве продуктов питания (мука, сахар и тому подобное) и других материалов.

36. Облегчение разрушения материалов за счет добавления в систему

понизителей прочности основано на эффекте Ребиндера (эффекте

адсорбционного понижения прочности твердых тел) - вследствие адсорбции понизителей прочности (в роли которых выступают поверхностно-активные вещества (ПАВ)) на поверхности твердых тел происходит уменьшение их поверхностной энергии (GS = σ S); в итоге разрушение твердых тел протекает с меньшими энергетическими затратами. Кроме того, адсорбирующиеся в трещинах и на других дефектах поверхности твердых тел молекулы или ионы ПАВ создают там расклинивающее давление, что облегчает деформирование твердых тел на первой стадии измельчения.

Понизителей твердости также стабилизируют образующиеся дисперсные фазы и предотвращают их налипание на поверхность мелющих устройств.(затрудняя агрегацию частиц образующихся при измельчении порошков)

В качестве понизителей прочности выступают:

1) жидкие или легкоплавкие металлы (при разрушении (напри-

мер, резании или шлифовке) твердых тугоплавких металлов);

2) растворы электролитов, поверхностно-активных веществ

(ПАВ) или просто вода (при измельчении неорганических минералов);

3) органические вещества (разрушение органических монокри-

сталлов и материалов).

37. Метод конденсации основан на обр-ии ч-ц новой фазы в гомогенной среде(истин р-р) в рез-те ассоциации мол,ат или ионов в усл пересыщ. Созд перес необх,чтобы образ ТВ или жидк ч-цы не рствор(испар..).при перес хим потенц в тв(жидк) будет меньше, чем в растворе. Если обр ч-ц происх на пов-ти зародышей, обр самопроизв, то конденсац - гомогенная, если на уже имеющ пов-тях раздела фаз – гетерогенной.

Факторы,привод к пересыщ: физич и хим-ие

При физ кон пересыщ достиг – уменьш Т,увел Р,концентр.

К физ конденс отн-ся – метод замены р-ля.

Истин р-р к-либо в-ва приливают в ж-сть,в к-ой данное в-во практич нераств-мо.Замена р-ля приводит к обр. пересыщ р-ра,происх агрегатация мол-л с обр ч-ц нов фазы.

В случ хим конд-ции нов фаза возн в пересыщ р-ре, но посл обр в рез-те протек хим р-ции(гидролиза,обмена,ОВ)

В конденсац методе проц образ нов фазы сост из 2 послед стадий: обр центров конд-ции(зародышей) и роста этих центров. Для получ высокодисп сист(золей):скорость обр-ия зарод намного превыш скор их роста. В хим конд это достиг при сливании очень разб р-ров или при доб высококонц-ого р-ра к очень разб(выс конц 1 р-ра обесп выс скор обр-ия большого кол-ва центров, а мал-кая конц 2 – огран вследствие замедлен диффузии скор их роста)

Р-ция ионного обмена. FeCl3 + 3KOH → Fe(OH)3 ↓ +3KCl.

если(FeCl3:KOH = 3:1),то будет выпад осадок. Если взять в изб к-нить,то он будет выполнять роль стабилизатора.

В рез-те адс-ции (конц-вания) ионов электролита-стабилизатора на пов-сти ч-ц ДФ обр-ся двойной электр-кий слой (ДЭС). стабилизации гидрозоля Fe(OH)3 (ТР соед

) р-ром FeCl3 (электролит, взятый в избытке). Адсорбироваться на пов-сти ч-ц ДФ из р-ра будут только те ионы, к-ые способны достраивать ее кристаллическую решетку,а именно: ионы, к-ые входят в ее состав (Fe3+, OH–); ионы, изоморфные ионам кристаллической решетки (способные заменить их), в данном случае – OH– и SH–); ионы, образующие с ее ионами ТР соединение.

В данном случае из присутствующих в растворе ионов (K+, Cl–, Fe3+) на пов-сти ч-ц ([Fe(OH)3] m) (на компактном агрегате) будут адсорбироваться ионы Fe3+. Эти ионы наз потенциалопределяющими (ПОИ), т.к. они определяют заряд пов-сти компактного агрегата и формируют межф потенциал (фи)ϕ0. В результате электростатического взаимодействия ПОИ притягивают из р-ра ионы противоп-о знака – противоионы (ПИ), к-ые образуют внешн обкладку ДЭС (в нашем случае – ионы Cl–).

ПОИ полностью компенсируют заряд пов-сти. Согласно совр теории строения ДЭС (теория Штерна), слой ПИ состоит из двух частей: одна часть нах-ся в непоср-ой близости к межфазной пов-сти и образует адсорбционный слой противоионов (АСПИ) а другая – диффузный слой противоионов (ДСПИ). Толщина АСПИ (δ) равна диаметру гидратированного ПИ, а толщина диффузного слоя (λ) значит больше и может во много раз превышать δ. Cтр-рная ед-ца гидрозоля (СЕГ) выглядит след.обр:{[Fe(OH)3] m n Fe3+ (3 n – x) Cl–} x + x Cl–.Из стр-ия СЕГ видно, что знак заряда кол-ной ч-цы совпадает со знаком заряда ПОИ и определяется как алгебр сумма зарядов ПОИ и ПИ АСПИ.СЕГ в целом электронейт: ПИ ДСПИ компенсируют заряд коллоидной ч-цы.Если в изб взять эл-т KOH, то в кач ПОИ будут выступать ионы OH–, а стр-ие СЕГ будет им вид: {[Fe(OH)3] m n OH– (n – x) K+} x – x K+. Если гидрозоль обр-ся по р-ции гидролиза, то заряд его кол-ой ч-цы опред-ся не соотнош реагентов (в изб, очевидно, в любом случае будет вода, помимо реагента выступающая в кач р-ля), а природой гидролизующейся соли.

Так, например, гидролиз FeCl3 протекает в три стадии

Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+,FeOH2+ + H2O → Fe(OH)2+ + H+,Fe(OH)2+ + H2O → Fe(OH)3↓ + H+,в ходе к-ых обр-ся осадок Fe(OH)3, на пов-сти к-ого могут адсорбироваться присутствующие в р-ре катионы Fe3+,FeOH2+ и Fe(OH)2+ (FeO+). Т.о., ПОИ явл катионы, следоват-но кол-ая ч-ца будет заряжена положительно, а стр-ие СЕГ в простейшем случае может быть записано след образом:

{[Fe(OH)3] m n Fe3+ (3 n – x) Cl–} x + x Cl–.

38. «Белый золь» канифоли получают методом замены р-ля. Канифоль предст собой смесь смоляных к-т с общей ф-лой RCOOH. Она хорошо растворима в этиловом спирте и проявляет в нем свойства электролита, частично диссоциируя на ионы RCOO– и Н+. Если к истинному спиртовому раствору канифоли добавить воду (плохой р-ль), то происходит конд-ия: обр-ся ч-ки из мол-л канифоли, т.е. обр-ся ДС. В данном случае нет нужды в добавлении стабилизатора – эту ф-цию выполн ионы RCOO- и Н+, к-ые формируют на пов-сти ч-ц канифоли ДЭС.фактор стабилизации наз-ся Э лектростатическим (преобл сил отталкив м/у заряж ч-цами).СЕГ {[RCOOH] m n RCOO– (n – x) H+} x – x H+, где [RCOOH] m – компактный агрегат (КА), состоящий из m мол-л канифоли; n RCOO– – потенциалопределяющие ионы (ПОИ) в колич-ве n; [RCOOH] m n RCOO– - ядро коллоидной частицы; (n – x) H+ - противоионы адсорбц-ого слоя в кол-ве (n – x), к-ые довольно прочно удерживаются заряженной пов-стью агрегата; x H+ – противоионы диффузного слоя в количестве х, они не закреплены прочно, движутся свободно и могут обмениваться на другие противоионы, находящиеся в ДСр; {[RCOOH] m n RCOO–(n – x) H+}x- – коллоидная частица (КЧ), имеющая заряд (х -).

Метод: готовый р-р из дистил воды и спирт р-ра канифоли, опред оптическ плотность, при разл длин волн.строим график зав-ти lg D = f (lgλ), lg D = lg K − m lg λ (из D=K/λ^m)

(при 0,1λ ≤ d ≤ 0,3λ), применяют метод Геллера.

из к-ой граф или анал-ки определяют параметр m,после чего, исп-я данные табл Геллера.строят кривую

Геллера (зав-сть m = f (d)) и находят по

ней диаметр ч-ц ДФ.

39. Скипидар предст собой смесь бициклических терпеновых УВ (С5Н8) n и явл ж-тью, к-ая хорошо растворима в этиловом спирте и практически нераств в воде. В спиртовом растворе скипидар нах-ся в мол-ном состоянии, поскольку практически не дисс-ет на ионы. Если к небольш кол-ву р-ра скипидара в спирте (хороший р-ль)

добавить большое кол-во воды (плохой р-ль), то в про-

цессе замены р-ля мол-лы скипидара объединяются в аг-

регаты, т.е. в системе появл ч-ки (капельки) новой фазы, представляющей собой насыщ р-р скипидара в спирте. Чтобы остановить рост агрегатов на определенной стадии (степени дисп-сти), в сист вводят стабилизатор –ПАВ. Поэтому к спиртовому р-ру скипидара добавляют не воду, а водный р-р стабилизатора (ПАВ). Мол-лы стабилизатора собираются (адсорбируются) на пов-сти капель скипидара, препятствуя их слипанию, т.е. стабилизируют систему. Такой фактор стабилизации называется адсорбционно-сольватным. При этом мол-лы стабилизатора ориентируются на пов-сти ч-ц особым образом: полярная часть мол-лы обращена к пол водной фазе, а непол часть – внутрь капли (скипидар – непол-ое соед-ие).

Метод Рэлея применим при иссл-ии ДС, для

К-ых, помимо прочих условий, выполн соотношение d < λ.

Готовим р-ры, рассчит весовую конц-цию ω ДФ

ω = V νρДФ. С пом рефрактометра опр коэф преломления ДФ и ДСр(водн р-ра скипид) и с ФЭК опред оптич плотность. Рассчит длину волны падающ света (λ0):λ = λ0/ n ДСр, находим объем и размер частиц по ур-нию Рэлея.

40. Пептизация – разновидность диспергирования. Перевод свежего осадка во взвеш-ое сотояние(золь). Осадок д.б. свежим, т.к. при его выдерживании в теч нек-ого врем об-ся более или менее прочн связи м-у ч-цами, что препятствует их переводу во взвеш-ое состояние.3 вида пептизации: адсорбц-ую, диссолюционную и хим-ую.

При адсорбционной пептизации к свежему осадку, ч-цы к-ого не содержат ДЭС, добавляют эл-т, содерж ионы, к-ые способны адсорбироваться на незаряженной пов-сти тв тела, формируя на пов-сти ч-цы ДЭС и тем самым стабилизируя ее.Этот эл-т наз. электролитом-стабилизатором, перевод свежего осадка Fe(OH)3 во взвешенное состояние (в золь) можно достичь, добавляя к этому осадку раствор FeCl3 или р-р KOH: {[Fe(OH)3] m }0 + n FeCl3 → {[Fe(OH)3] m n Fe3+ (3 n – x)Cl–} x + x Cl–,

{[Fe(OH)3] m }0 + n KOH → {[Fe(OH)3] m n OH– (n – x)K+} x – x K+.

В первом случае стабилизация достигается за счет адс-ции на пов-сти компактного агрегата [Fe(OH)3] m положительно заряженных (ПОИ) Fe3+, во втором – отрицательно заряженных ионов OH–. Т.о., знак заряда коллоидных ч-ц гидрозоля, образ-гося в рез-те адс-ой пептизации, определ-ся природой использ электролита-стабилизатора.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 617 | Нарушение авторских прав