АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Адсорбция ионов

При соприкосновении твердого тела с растворами электролитов возможны явления адсорбции ионов и обмена между ионами раствора и поверх­ности. Здесь имеем дело с более сложным случаем, чем при моле­кулярной адсорбции растворенных веществ. Адсорбция ионов происходит за счет их удерживания твердым телом электростатическими и химичес­кими силами, зависящими от свойств твердого тела и самих ионов. Адсорбция ионов происходит в соответствии с некоторыми эмпирическими правилами.

Так, при адсорбции ионов на кристаллических поверхностях прослеживается определенная закономерность: адсорбируются те ионы, которые способны до- страивать кристаллическую решетку твердого тела, находятся в избытке и дают труднорастворимые соединения. Эту особенность ад­сорбции ионов по имени авторов, установивших ее, называют правилом Фаянса -Панета. Суть и спра­ведливость этого правила можно проил­люстрировать на примере кристалла AgI (рис. 4.24): ионы Ag⁺ в кристалле обозначены “+”, а ионы I^- “-“. Когда твердая кристаллическая поверхность соприкасается с раствором AgNO₃ (рис. 4.24 а), то адсорбируются ионы Ag⁺, как способные дост­раивать кристаллическую решетку. Поверхность твердого тела приобретает положительный заряд. В растворе KI (рис. 4.24 б) адсорбируются анионы I^-, и поверхность заряжается отрицательно.

Существуют еще и другие эмпирические правила, характеризующие осо­бенности адсорбции ионов разного размера и заряда, в том числе пра­вила избирательной адсорбции ионов, сформулированные Песковым и Фаянсом. Для ионов одинаковой валентности, чем больше порядковый номер эле­мента, тем выше его способность к адсорбции. Максималь­ной адсорбцией обладают ионы наи­большего рaзмерa.

а б

Рис. 4.24. Механизм адсорбции ионов на кристалле AgI

Поясним это эмпирическое правило на примере адсорбции одновалент­ных катионов первой группы периодической системы элементов (рис. 4.25). Все одновалентные ионы в водном растворе несут одинаковый заряд. Ион Li (по сравнению с другими) имеет меньший размер и вследствие это­го большую плотность заряда на единицу поверхности самого иона. Заряд иона способствует ориентации полярных молекул воды. В результате вок­руг иона образуется гидратная оболочка из молекул воды, которая экра­нирует сам ион. По мере увеличения порядкового номера иона (соответствующего элемента), что со­ответствует росту его размеров, плотность заряда снижается. Подобное обстоятельство приводит к уменьшению размеров и снижению экранирующего действия гидратной оболочки.

Рис. 4.25. Лиотропный ряд одновалентных катионов: 1 - полярные молекулы воды, образующие гидратную оболочку; 2, 3 - внутренняя и наружная границы гидратной оболочки

Таким образом, адсорбционная способность ионов находится в прямой зависимости от размеров гидратной оболочки и ее экранирующего дей­ствия. Для иона Li⁺ гидратная оболочка будет иметь максимальный раз­мер, а адсорбционная способность - минимальной. Для иона Cs⁺ наоборот гидратная оболочка - наименьших размеров, а адсорб­ционная способность - наивысшая.

Ряд ионов одинаковой валентности, расположенных в порядке их способности к адсорбции, называют лиотропным рядом. Лиотропные ряды для одно- и двухвалентных катионов можно предста­вить соответственно следующим образом:

Li⁺ < Na⁺ < К⁺ < Рb⁺ < Cs⁺ (4.90)

Mg²⁺ < Ca²⁺ < Sr²⁺ < Ba²⁺. (4.91)

Существуют лиотропные ряды и для анионов, в частности одновалент­ных:

1^-<Br^- <N0₃^- < I^- <CNS^-. (4.92)

В лиотропных рядах, в том числе и приведенных выше (4.90) - (4.92), крайний левый ион обладает наименьшей адсорбционной способностью, а крайний правый - наибольшей.

Адсорбция ионов зависит также от величины его заряда: чем выше заряд ионов, тем значительнее их адсорбционная способность.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1225 | Нарушение авторских прав