Адсорбция на твёрдой поверхности из растворов электролитов
Ионная адсорбция — это взаимодействие ионов растворенного вещества с твёрдой поверхностью адсорбента (преимущественно полярная поверхность).
Типы адсорбции ионов: |
|
||
1) |
избирательная адсорбция; |
Закономерности избирательной адсорбции |
|
2) |
ионообменная адсорбция. |
Правило избирательной адсорбции Панета́ и Фаянса́ : |
|
|
|
|
|
|
|
|
На твёрдой поверхности адсорбента в первую очередь будут |
|
NO3- |
NO - |
сорбироваться те ионы, которые могут достраивать кристаллическую |
|
|
3 |
|
решётку адсорбента.
NO3- |
Ag+ |
Ag+ |
|
NO3- |
|
|
|
|
Ag+ |
|
|
|
Ag+ |
AgCl Ag+ |
|
|
|
NO - |
|
|
|
||
3 |
|
|
|
NO |
- |
|
|
|
|
||
|
Ag+ |
|
Ag+ |
3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ag+ |
|
|
NO |
- |
|
NO - |
|
NO - |
3 |
|
|
|
||
|
|
|
3 |
|
3 |
Правило электроселективности:
На твёрдой поверхности адсорбента адсорбируются только те ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда поверхности адсорбента.
51
Закономерности избирательной адсорбции (продолжение)
―многозарядные ионы, особенно катионы, адсорбируются лучше однозарядных.
―при одинаковом заряде адсорбционная способность на твёрдой поверхности больше у тех ионов, радиус которых в гидратированном виде меньше.
Лиотропные ряды ионов
Li+ → Na+ → K+ → Rb+ → Cs+ Mg2+ → Ca2+ → Sr2+ → Ba2+
Увеличение радиуса атома
Увеличение гидратации
Увеличение радиуса гидратированного иона
Увеличение адсорбции
F− → SO42− → [цитрат]3− → (−OOC–COO−) → CH3COO− → Cl− → NO3− → Br− → CNS−
52
Какие ионы будут адсорбироваться на поверхности кристаллов сульфата бария из раствора, содержащего смесь нитрата натрия и хлорида бария?
53
Ионы Ва2+, так как при контакте раствора электролита с твёрдой кристаллической поверхностью происходит избирательная ионная адсорбция. По правилу Па́нета и Фа́янса: кристаллическую решётку адсорбента достраивают ионы, которые входят в её состав, а также те, которые образуют с ними малорастворимые соединения.
54
Глинозём (содержащий 98 % Al2O3) используется в качестве сорбента и может быть применен для извлечения ионов из растворов, содержащих смесь солей. Какой катион будет адсорбироваться на поверхности глинозёма, содержащего смесь хлоридов лития и цезия.
55
Согласно лиотропному ряду будет адсорбироваться катион цезия. Радиус его гидратированного иона меньше и поэтому адсорбционная способность больше.
56
Ионообменная адсорбция
происходит на специальных адсорбентах, которые называются ионитами (ионообменниками). Иониты— это водонерастворимые вещества, в структуре которых содержатся функциональные группы, способные к диссоциации.
Параметр |
Катионит |
Анионит |
|
Природа ионита |
(М−H+) или(М −Kat+) |
(М +ОН−) или (М +An−), |
|
Какими ионами |
|
|
|
обменивается с |
Катионами |
Анионами |
|
внешней средой |
|
|
|
Природа |
Катионы |
Анионы |
|
подвижных ионов |
|||
|
|
||
Заряд полимерной |
Отрицательный |
Положительный |
|
матрицы |
|||
|
|
57
Пример обессоливания морской воды с помощью ионитов
а) катионит в Н+– форме обменивает катионы водорода на ионы натрия из окружающего раствора; обратный процесс — возврат катионита в исходное состояние в растворе соляной кислоты;
б) анионит в ОН‒– форме обменивает гидроксидионы на хлорид-ионы из окружающего раствора; обратный процесс — возврат анионита в исходное состояние в растворе гидроксида натрия.
М (SO3− ) |
nH + + nNa+ + nCl − → М (SO3− ) |
nNa+ + nH + + nCl − |
|||||||||
|
|
n |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
катионит в Н+-форме |
раствор соли |
|
|
|
|
раствор кислоты |
|||||
М (N + (CH |
3 |
) |
) |
n |
nОH − + nH + + nCl − → М (N + (CH |
3 |
) |
) |
n |
nСl − + nН О |
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
2 |
||||
анионит в ОН‒-форме |
|
|
раствор кислоты |
|
|
|
|
|
обессоленная вода |
||
М — нерастворимая матрица.
58
Какой белок будет адсорбироваться при пропускании аммонийного буферного раствора (рН 8,4), содержащего химотрипсин (pI 8,6) и пепсин (pI 2,0), через колонку с катионитом?
59
Адсорбируется химотрипсин, так как он имеет положительный заряд при рН < рI. Пепсин будет выходить из хроматографической колонки (рН < рI), так как молекулы пепсина при этом значении рН имеют отрицательный заряд.
60