Күштi қышқылды катиониттердiң алмасу константасын анықтау

Күштi қышқылды катиониттердiң алмасу константасын анықтау

Жұмыс мақсаты: нақты гидрометаллургиялық үрдiстердi зерттеу жолымен сутегi ионының металды түрге алмасу заңдылықтарын зерттеу, тану.

Түрлі металдардың күштi қышқылды катиондарының алмасу константасының негiзінде аталмыш катиониттiң қарастырылып отырған иондарға ыңғайын байқау, эксперимент деректерiн периодты жүйедегi металдарының орналасуымен байланыстыру.

Бақылау сұрақтары:

2) иониттер және оның құрылымы;

3) иониттер типтерi;

4) иониттер мен ионды алмасудың негізгі физика-химиялық ерекшелiктерi;

5) жалған алмасу константасы. Ол ненi анықтайды?

6) мақсаты, орындалған жұмыстың әдiстемесi, жабдықтары.

1. Негiзгi теориялық жағдайлар

Электролитте ерітілген ион алмасуға бейім, құрамында белсенді топтары бар қатты ерімейтін заттарды айтады. Ион алмасу – бұл екі электролиттер арасындағы иондардың алмасуы. Ол қос алмасу типті реакциясы түрінде көрсетілуі мүмкін

немесе

Кейбір жағдайда ионды алмасу адсорбциямен бірге және керісінше жүреді.

Ион алмасу және адсорбция құбылыстарымен қатар жүретін үрдісті сорбция деп атайды.

Толық топтар ерекшеліктеріне қарай барлық ион алмасу материалдары құрамында қышқыл топтары бар катиониттерге және құрамында негізгі топтары бар аниониттерге бөлінеді. Катиониттер тек қана топтың катионын ерітінді катионына, ал анионит тек қана аниониттерге ауыстырады.

Катиониттер мен иониттердің қасиетіне бір мезгілде ие болатын амфолиттер де кездеседі.

Матрица – жоғары молекулярлы өзіне сәйкес таңбалы электрлік заряды бар ионит бөлігі суда немесе басқа да еріткіштерде ерімейді (катиониттерде теріс, аниониттерде оң).

Кері иондар – тепе-теңдік күйде сақталатын, матрицаға қарама-қарсы зарядталған, қозғалмалы ионды топтар гидрофильді. Сумен әрекеттескенде бұл топтар еруге ұмтылады. Еру үрдiсi жүзеге аса қоймайды, өйткенi ионит үш қырлы кеңiстiктi құрылымға ие, осының өзi оның ерiгiштiк тенденциясына керi әсер бередi. Ионит iсiнедi, бiрақ ерiмеген күйде қалады.

Иониттер, кәдiмгi электролиттер тәрiздi, электрөткiзгiштiк қасиетке ие, сол үшiн оларды полимерлi қышқылдар ретiнде, тұздар немесе негiздер деп қарастыра аламыз.

Диссоциациялану деңгейiне байланысты, нақтырақ айтқанда, иондар алмасуының қабiлеті қозғалысына қатысты иониттер төрт топқа бөлiнедi (сурет 3.1).

I – күшті қышқылдар және негіздер қасиеттерін көрсететін иониттер (күшті қышқылды катиониттер мен күшті негізді аниониттер); II – әлсіз қышқылды және негіздің қасиеттерін көрсететін аниониттер (әлсіз қышқылды катиониттер, әлсіз негізді аниониттер); III – күшті және әлсіз қышқыл мен күшті және әлсіз негіз қоспаларының қасиеттерін бір мезгілде бір мезгілде көрсететін аралас типті иониттер; IV – кең интервалда олардың мәндері рН (катиониттер үшін) және рОН-ң (аниониттер үшін) жоғарлау әсерінен алмасу сыйымдылығы үздіксіз үлкейетін иониттер

Егер барлық ион алмасуға бейімді иониттер М ионымен кіріссе, онда алмасу сыйымдылығы (Г_М⁰) толық деп аталады.

Сыйымдылық алмасудың статикалық және динамикалық түрлері бар. Берілген шарттарда ерітіндімен статикалық байланыста болатын материалдың ион алмасу бірлігімен сорбталған иондар мөлшері статикалық сыйымдылық болып табылады (мысалы: араластыру кезінде).

Ионит арқылы сорбталған ионның секірісіне дейін, динамикалық шарттарда электролит ерітіндісінің шайырдың сорбталған бірлігімен байланысы кезінде иондар мөлшермен динамикалық сыйымдылық көрсетіледі (мысалы: фильтрация кезінде).

Иониттің типін рН-тан ион алмасу сыйымдылығының тәуелділігін зерттеліп берілген график арқылы анықтауға болады.

Негізгі ион алмасу тепе-теңдігінің сипаттамасы алмасу реакциясының тепе-теңдік константасы болып табылатын және валентті А және В ион алмасу үрдісі жалпы теңдеумен жазылады.

Алмасу константасы

Араластырылған ерітінділер үшін иондар белсенділігін және концентрациясының қатынасымен алмастыруға болады.

А және В иондарының алмасуы константасы

Иониттің берілген ионға қатынасымен тағайындалуы сипатталады. К шамасы алмасудың стандартты ұқсастығын анықтайды және жүйедегі тепе-теңдік жағдайын талқылау үшін түрлі иониттердің А ионына В ионымен тағайындалуын салыстыруы үшін қолданылуы мүмкін.