30. Что представляет собой процесс адсорбции молекул и ионов ?

Расскажите об ионном обмене вводных растворах.

Молекулярная адсорбция различных веществ из растворов на твердых адсорбентах зависит от природы растворенного вещества, от структуры твердой поверхности, а также от природы (полярности) твердой поверхности и жидкости, из которой происходит адсорбция, т.

Адсорбцией называется самопроизвольно проте­кающий диффузионный процесс взаимодействия двух фаз — твердого тела — адсорбента и газа, пара или растворенного вещества—адсорбтива, происходящий поглощением газа, пара или растворен­ного вещества поверхностью твердого тела.

Поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами обычно сопровождается процессами проникновения поглощаемого веще­ства в твердое тело (абсорбцией), капиллярной конденсацией и химиче­скими реакциями (хемосорбцией), что весьма затрудняет изучение собствен­но адсорбции. Поэтому поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами обычно рассматривается как общий процесс сорбции. Адсорбция всегда сопровождается выделением тепла. В большинстве случаев тепловой эффект адсорбции по своей величине приближается к теплоте конденсации поглощаемого газа или пара.

Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандервальсовыми силами, которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата. При химической адсорбции поглощаемое вещество вступает в химичекое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности обычных химических соединений.

Силы притяжения возникают на поверхности адсорбента благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют электростатические и индукционные силы, а также водородные связи. Поэтому адсорбция является самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением свободной энергии и энтропии системы.

Ионный   обмен  — это процесс извлечения из воды одних ионов и замены их другими. Процесс осуществляется с помощью ионообменных веществ — нерастворимых в воде гранулированных веществ, имеющих в составе кислотные или основные группы, способные заменяться положительными или отрицательными ионами. В качестве ионообменных материалов, называемых часто смолами, используются природные и синтетические вещества.

В технологии очистки воды  ионный   обмен  обычно используют с целью умягчения воды (выделения из воды солей жесткости — кальция и магния) и обессоливания. Из природных ионообменных материалов, применяемых для умягчения, наиболее известен глауконитовый песок, а из искусственных — сульфоуголь, катиониты КУ-1, КУ-2, СБС, КБ-4 и др. Основная реакция умягчения жесткой воды имеет вид

2NaR + Ca²⁺ CaR + 2Na⁺ здесь символом R обозначена нерастворимая часть катионита, условно принятая двухосновным ионом. Реакция обратима: в прямом направлении она символизирует извлечение из воды ионов жесткости (здесь кальция), а в обратном — регенерацию ионита раствором, например хлорида натрия.

Ионный   обмен  широко применяется для очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, цианиды и т.п