ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Избирательная адсорбция ионов (ионообменная адсорбция). Что такое иониты? Их основные физико-химические характеристики. Хроматография.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по курсу «Физическая химия строительных материалов»

Выполнил студент специальности ИДПО группы СТ36-13з

Голик Елизавета Владимировна

№ зачетной книжки СТ-13013

Вариант № 13

Шифр:13013

Проверил(а) : Кедрова Нина Григорьевна

Тверь 2015

Избирательная адсорбция ионов (ионообменная адсорбция). Что такое иониты? Их основные физико-химические характеристики. Хроматография.

Адсорбция электролитов твердыми адсорбентами представляет особый интерес через ту роль, которую она играет во многих естественных и искусственно осуществляемых процессах. Важно отметить, что явление адсорбции электролитов лежит в основе таких процессов, как поглощение питательных веществ почвой, поступление минеральных веществ из почвы в клетки растительных организмов, химическая мелиорация почв и др. Адсорбция электролитов из растворов играет важную роль во многих явлениях. Что наблюдаются в коллоидных системах [1].

Сильные электролиты в водных растворах находятся в виде ионов, поэтому их адсорбцию из растворов называют ионной [1].

Ионная адсорбция – это химическое взаимодействие между ионами растворенного вещества и твердой поверхностью адсорбента. Но образованного новой химической связи недостаточно для того, чтобы оторвать поверхностные атомы адсорбента. Поэтому связь нового соединения с твердым сорбентом сохраняется [1].

Адсорбция ионов происходит двумя основными механизмами:

-выборочная адсорбция ионов на кристаллах;

-эквивалентная или ионообменная адсорбция;

Выборочная адсорбция определяется процессом адсорбции катионов или анионов и упорядочивается правилами выборочной адсорбции, сформулированными Панетом и Фаянсом.

Первое правило. Кристаллическую решетку адсорбента достраивают ионы, которые входят в ее состав, изоморфные с ее ионами или те, что образовывают с ними малорастворимые соединения.

Второе правило. На твердой поверхности адсорбента адсорбируются только те ионы, знак заряда которых противоположный знаку заряда поверхности адсорбента [1].

Ионообменная адсорбция – это процесс обмена ионов внешней части ДЭС на ионы того же знака из раствора. При этом твердая фаза адсорбента поглощает из раствора катионы или анионы, а вместо их отдает в раствор эквивалентное количество вторых ионов того же знака. Адсорбенты, на которых происходит процесс эквивалентного обмена ионов, называют ионитами (ионообменниками) [1].

С обменом ионов связано большинство процессов в живых системах. Кровь как одну из важнейших соединительных тканей организма можно рассматривать как раствор электролитов. Ионообменные свойства имеют структурные элементы клеток: ядра, митохондрии, мембраны, микросомы и т.п.. Т.е., можно считать, что организмы построены из ионитов. Простейший ионный обмен осуществляется также в действии ферментов и биологических мембран [1].

Свойства ионитов имеют ткани растений и животные. Их катионообменные свойства определяются присутствием карбоксильных и фосфатных групп, а способность обмениваться анионами - аминогруппами белков [1].

Итак, ионообменная адсорбция – это процесс обмена ионов, который происходит между адсорбентом и адсорбатом в точно эквивалентных соотношениях и может быть описанный стехиометрическим уравнением[1].

Иониты — твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Обычно это синтетические органические смолы, имеющие кислотные или щелочные группы. Иониты разделяются на катиониты, поглощающие катионы, аниониты, поглощающие анионы и амфотерные иониты, обладающие обоими этими свойствами. Широко применяются иониты для опреснения вод, в аналитической химии для разделения веществ методом хроматографии, в химической технологии. Иониты распространены в природе, в частности, в почве содержатся катиониты, которые предохраняют катионы необходимых растениям элементов (например, калия) от вымывания водой и обменивают их на ионы водорода выделяемой растениями кислоты, таким образом способствуя питанию растений. В зависимости от природы матрицы различают неорганические и органические иониты [2].

Иониты классифицируют по разным признакам:

-по происхождению - на естественные и синтетические;

-по составу - на органические и неорганические;

по типам ионогенных групп - на катиониты (кислотные иониты), аниониты (основные иониты) и амфолит. Последние, в зависимости вот условий, способные к обмену как катионами, так и анионами[6].

по степени ионизации ионогенных групп различают сильно и слабокислотные катиониты и сильно и слабоосновные аниониты [6].

Сильнокислотные катиониты содержат остатки серной, фосфорной и других сильных кислот; слабокислотные– карбоксильные, сульфгидрильные и другие группы, которые слабо диссоциируют. Ионогенными группами сильноосновных анионитов обычно являются аммонийные основания, а слабоосновные– аминогруппы и остатки других органических оснований[6].

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 [6].

Адсорбция всегда сопровождается выделением тепла. В большинстве случаев тепловой эффект адсорбции по своей величине приближается к теплоте конденсации поглощаемого газа или пара [6].

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 [6].

При химической адсорбции поглощаемое вещество вступает в химическое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности обычных химических соединений [6].

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 [6].

Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения поглощенных веществ и регенерации адсорбента [6].

Наиболее рационально применять адсорбцию для обработки смесей с низкой концентрацией извлекаемых веществ [6].

Статическая и динамическая активность адсорбентов.

Основной характеристикой адсорбента является его активность, определяемая весовым количеством вещества, поглощенного единицей объема или веса поглотителя [6].

Различают активность статическую и динамическую.

Статическая активность адсорбента характеризуется максимальным количеством вещества, адсорбированного к моменту достижения равновесия весовой или объемной единицей адсорбента при данной температуре и концентрации адсорбируемого вещества в газо-воздушной смеси [6].

Динамическая активность является характеристикой адсорбента при протекании паровоздушной смеси через слой адсорбента до момента проскока адсорбируемого газа [6].

Если газовая смесь проходит через слой адсорбента, то в начальный период процесса адсорбтив полностью извлекается из газовой смеси. По истечении определенного промежутка времени в газовой смеси, уходящей из поглотителя, начинают появляться заметные, все возрастающие количества адсорбтива (проскок), и к концу процесса концентрация уходящего газа становится равной начальной концентрации паровоздушной смеси [6].

В адсорберах промышленного типа с активированным углем динамическая активность составляет 85-95% от статической, а в случае применения силикагеля динамическая активность оказывается меньше статической на 60-70% [6].

Селективные свойства адсорбентов.

В процессах адсорбции, так же как и в процессах абсорбции, поглощающие вещества (адсорбенты обладают селективными свойствами по отношению к поглощаемым газам и парам. Иными словами, применение адсорбционных процессов в качестве метода разделения газовых смесей основано на том, что газовая смесь, приведенная в соприкосновение с адсорбентом, освобождается лишь от одного компонента, в то время как другие оказываются непоглощенными [5].

Если в процессах абсорбции селективные качества процесса определялись растворимостью или нерастворимостью газа в поглощающей жидкости, то в процессах адсорбции критерием селективных качеств является статическая активность адсорбента [5].

Из смеси газов, приведенных в соприкосновение с адсорбентом, в первую очередь и в значительно большем количестве поглощается газ или пар того вещества, которое имеет более высокую температуру кипения. В большинстве случаев температура кипения поглощаемого газа (например, паров бензола) сильно отличается от температуры кипения инертного газа (например, воздуха) и присутствие инертного газа почти не оказывает влияния на ход процесса. В данном случае поглощение бензола из паровоздушной смеси с парциальной упругостью паров бензола р протекает точно так же, как и поглощение чистых паров бензола, имеющих то же давление [5].

Разделение адсорбционным методом смеси газов, компоненты которой имеют близко лежащие температуры кипения, предоставляет большие трудности или практически невозможно [5].

Хроматография – процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Разделение сложных смесей хроматографическим способом основано на различной сорбируемости компонентов смеси. В процессе хроматографирования так называемая подвижная фаза (элюент), содержащая анализируемую пробу, перемещается через неподвижную фазу. Обычно неподвижная фаза представляет собой вещество с развитой поверхностью, а подвижная – поток газа или жидкости, фильтрующейся через слой сорбента. При этом происходит многократное повторение актов сорбции – десорбции, что является характерной особенностью хроматографического процесса и обуславливает эффективность хроматографического разделения[2].