РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА

РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА

Набухание ионитов

Набуханием именуется процесс постепенного роста объема ионита, помещенного в водянистый растворитель, за счет проникания молекул растворителя вглубь углеводородного каркаса. Чем посильнее набухает ионит, тем резвее идет обмен ионами. Набухание характеризуется весовым набуханием - количеством поглощенной воды на 1 г сухого ионита либо коэффициентом набухания - отношением удельных объемов набухшего ионита и сухого РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА. Часто, объем смолы в процессе набухания может возрости в 10-15 раз. Набухание высокомолекулярной смолы тем больше, чем меньше степень сшивки образующих ее звеньев, другими словами чем наименее жесткая у нее макромолекулярная сетка. Большая часть стандартных ионитов содержит в сополимерах 6-10% дивинилбензола (время от времени 20%). При использовании для сшивки заместо дивинилбензола длинноцепочечных РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА агентов получают отлично проницаемые макросетчатые иониты, на которых ионный обмен идет с большой скоростью. Кроме структуры матрицы на набухание ионита оказывает влияние наличие в нем гидрофильных многофункциональных групп: ионит набухает тем посильнее, чем больше гидрофильных групп. Не считая того, посильнее набухают иониты, содержащие однозарядные противоионы, в отличие от двух- и трехзарядных РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА В концентрированных смесях набухание происходит в наименьшей степени, чем в разбавленных. Большая часть неорганических ионитов совершенно либо практически не набухают, хотя и поглощают воду.

Емкость ионитов

Ионообменная способность сорбентов характеризуется их обменной емкостью, зависящей от числа многофункциональных ионогенных групп в единице массы либо объема ионита. Она выражается РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА в миллиэквивалентах на 1 г сухого ионита либо в эквивалентах на 1м3 ионита и для большинства промышленных ионитов находится в границах 2-10 мэкв/г. Полная обменная емкость (ПОЕ) – наибольшее количество ионов, которое может быть поглощено ионитом при его насыщении. Это неизменная величина для данного ионита, которую можно найти как в статических, так и РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА в динамических критериях.

В статических критериях, при контакте с определенным объемом раствора электролита, определяют полную статическую обменную емкость (ПСОЕ), и сбалансированную статическую обменную емкость (РСОЕ), которая меняется зависимо от причин, влияющих на равновесие (объем раствора, его состав, концентрация и др.). Равновесие ионит – раствор соответствует равенству их хим потенциалов.

В динамических РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА критериях, при непрерывной фильтрации раствора через определенное количество ионита определяют динамическую обменную емкость – количество ионов, поглощенных ионитом до проскока сорбируемых ионов (ДОЕ), полную динамическую обменную емкость до полной отработки ионита (ПДОЕ). Емкость до проскока (рабочая емкость), определяется не только лишь качествами ионита, также находится в зависимости от состава начального РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА раствора, скорости его пропускания через слой ионита, от высоты (длины) слоя ионита, степени его регенерации и величины зернышек.


Обычно ДОЕ превосходит 50% от ПДОЕ для сильнокислых и сильноосновных ионитов и 80% для слабокислых и слабоосновных ионитов. Емкость сильнокислых и сильноосновных ионитов остается фактически постоянной в широком спектре рН смесей. Емкость же РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА слабокислых и слабоосновных ионитов в значимой степени находится в зависимости от рН.


Степень использования обменной емкости ионита находится в зависимости от размеров и формы зернышек. Обычно размеры зернышек находятся в границах 0,5-1 мм. Форма зернышек находится в зависимости от метода изготовления ионита. Они могут быть сферическими либо иметь РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА некорректную форму. Сферические зерна лучше – они обеспечивают наилучшую гидродинамическую обстановку и огромную скорость процесса. Используют также иониты с цилиндрическими зернами, волокнистые и другие. Чем мельче зерна, тем лучше употребляется обменная емкость ионита, но при всем этом зависимо от используемой аппаратуры, растет либо гидравлическое сопротивление слоя сорбента, либо унос РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА малых зернышек ионита веществом. Уноса реально избежать применяя иониты, содержащие ферромагнитную добавку. Это позволяет задерживать тонкодисперсный материал во взвешенном состоянии в зоне – магнитного поля, через которую движется раствор.

Иониты должны владеть механической прочностью и хим устойчивостью, другими словами не разрушаться в итоге набухания и работы в аква смесях. Не РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА считая того, они должны просто регенерироваться, тем сохранять свои активные характеристики в течение долгого времени и работать без смены пару лет.

РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА

Ионный обмен, как неважно какая хим реакция, подчиняется общим термодинамическим законам равновесия. Проникновение воды в зерно ионита вызывает диссоциацию ионогенных групп, которая меньше, чем в растворе, но достаточна для РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА того, чтоб ион мог свободно диффундировать, потому матрицу можно рассматривать как аналог иона в растворе электролита. Таким макаром, при контакте раствора электролита с ионитом происходит ионный обмен, который протекает до заслуги равновесия. Реакция протекает обратимо в эквивалентных соотношениях. В общем виде реакция обмена ионов А и В РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА описывается уравнением

RA + BX « RB + AX,

либо в ионном виде с учетом заряда ионов

Для этой реакции по закону действующих масс константа термодинамического равновесия выражается последующим образом:

(3.5.2)

где āА, āВ и аА, аВ - активности ионов в ионите и растворе.

Сведения о коэффициентах активностей ионов в многокомпонентных смесях очень ограничены, а РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА способы определения коэффициентов активностей ионов в составе набухших ионитов пока вообщем отсутствуют. Потому термодинамическую константу употребляют при теоретическом обсуждении ионообменного равновесия. Для расчета ионообменных равновесий на практике пользуются кажущейся (концентрационной) константой, приобретенной по экспериментальным данным, ее именуют также константой обмена:


(3.5.3)


где ĊА, ĊВ и СА, СВ - молярные концентрации ионов в РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА ионите и растворе.

Численное значение концентрационной константы находится в зависимости от единиц, в каких выражены концентрации. Эта константа является безразмерной величиной при выражении сбалансированных концентраций в молярных толиках либо для реакций меж ионами с схожими зарядами независимо от выбора единиц концентраций.

Для описания состояния равновесия не считая констант РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА ионного обмена на практике используют коэффициент рассредотачивания D и коэффициент разделения (селективности, избирательности) ТВ/А.

Коэффициент рассредотачивания равен отношению концентраций обмениваемых ионов в ионите и в растворе

Коэффициент разделения равен отношению коэффициентов рассредотачивания обмениваемых ионов:


(3.5.5)

При равных зарядах обмениваемых ионов концентрационная константа равновесия и коэффициент разделения равны, а при обмене разнозарядных РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА ионов они могут значительно различаться. Селективность - принципиальное свойство ионита, характеризующее его способность к разделению ионов и способность селективно всасывать отдельные ионы либо группы ионов из их консистенции. Некие иониты проявляют высшую избирательность по отношению к какому-либо одному иону по сопоставлению с многими другими. В данном случае молвят РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА о специфики ионита, которая связана с особенностями чисто хим взаимодействия ионита с ионом.

При ТВ/А >1 ионит селективен к иону В по сопоставлению с ионом А, а при ТВ/А <1 избирательно сорбируется ион А. Если коэффициент селективности равен единице, то ионит не избирателен ни к одному из ионов и их поделить нельзя РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА. Исходя из убеждений термодинамики ионит будет селективен по отношению к иону В по сопоставлению с ионом А в этом случае, если разность конфигурации энергии Гиббса при переходе ионов В и А из наружного раствора в ионит меньше нуля:

Изменение энергии Гиббса при переходе ионов из наружного раствора во внутренний РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА определяется 2-мя основными факторами: различием энергии гидратации ионов и энергией электростатического взаимодействия их с ионами обратного знака (фиксированными ионами во внутреннем растворе, к ионами во наружном растворе). На основании сравнения этих величин и общего конфигурации энергии Гиббса при переходе ионов из наружного раствора во внутренний предложены ряды РАВНОВЕСИЕ ИОННОГО ОБМЕНА селективности для катионитов и анионитов. При составлении рядов учитывается, что электростатическое взаимодействие меж ионами во внутреннем электролите выражено в основном, чем во наружном растворе. Это обосновано наименьшей степенью гидратации ионов в концентрированном растворе фазы ионита, наименьшим средним расстоянием меж ионами и поболее низким значением диэлектрической проницаемости.


rastrachennaya-vpustuyu-yunost-2-glava.html
rastrachennaya-vpustuyu-yunost-7-glava.html
rastrovaya-model-prostranstvennih-dannih-i-ee-harakteristika.html