Білім және ғылым
жүктеу/скачать 2,97 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- . Кейбір көп таралған ионалмастырғыштар
C
C 2 ' 1/Z2 2 мұндағы С1 және С2 ионитпен байланысқан алмасатын иондардың тепе-теңдік концентрациясы, С’1 және С’2− осы иондардың ерітіндідегі концентрациясы, z1 және z2−иондардың заряды, К−ион алмасу константасы, көп жағдайда 10 > К > 1. Никольский теңдеуі ион алмасу константасының иондар зарядының мөлшеріне тәуелділігін көрсетеді. Заряд мөлшері үлкен иондар иониттердің заряд мөлшері кіші иондарды ығыстырып шығарады. Сонымен қатар, ион алмасу константасы ионның көлеміне де тәуелділігі айқындалды. Төменде келтірілген қатарда зарядтары бірдей катиондардың сульфокатионитке ынтықтығы солдан оңға қарай өседі: Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+ NH4+ < CH3NH3+ < (CH3)2 NH2+ < (CH3)3 N+H Қаңқаның табиғатына қарай иониттер бейорганикалық және органикалық, табиғи және жасанды (синтетикалық) болып бөлінеді. Бұлардың ішінде синтетикалық иониттер қең қолдану табады, себебі, олар құрамы тұрақты және қасиеттері қалпына келе алатын, ион алмастыруға өте қабілетті, химиялық тұрақты, механикалық берік, бағытталған синтез негізінде алынған жоғары молекулалық қосылыстар. Ион алмастырғыштарды үш әдіспен: поликонденсациялану, полимерлену және полимерлерге ұқсас түрлендіру арқылы алады. Бірінші әдіспен көбіне секатиониттер алынады, мысалы, фенол мен альдегид реакциясы. Бұл тәсілдің кемшілігі: иониттердің химиялық және термиялық тұрақтылығы нашар. Көптеген иониттерді ионогенді топтары бар мономерлерді полимерлеу арқылы алады. Мұндай мономерлерге акрил- және метакрил кышқылдары, стиролсульфоқышқылы, виниламин және т. б. жатады. Бұл әдістің кемшілігі – ионоген тобы бар мономерлер көп емес және олардың бағалары қымбат. Иониттер негізінен полимерге ұқсас түрлендіру арқылы алынады. Ол үшін көп жағдайда стирол мен дивинилбензолдың торланған сополимерін қолданады: Торлы сополимерлердің қасиеттері мономерлердің бір-біріне қатынасымен анықталады. Дивинилбензол торлы сополимер алуда тігуші агент рөлін атқарады. Егер дивинилбензолдың мөлшері аз болса, алынған иониттер суда жақсы ісінеді. Үлкен иондар ионалмастырғыштардың қаңқасына оңай диффузияланып, ион алмасу жылдамдығы артады. Ал қаңқаның механикалық беріктігі дивинилбензолдың мөлшері азайған сайын нашарлайды. Егер тігуші агенттің үлесі 15%-дан жоғары болса, онда иониттер суда аз ісінеді, қаңқаға енгізілген ионоген топтарының мөлшері төмендейді, ал механикалық беріктігі артады. Сонымен қатар, алмасатын иондардың үшөлшемді қаңқада болатын диффузиялау жылдамдығы төмендейді. Ион алмастырғыштар синтездеу үшін көп жағдайда дивинилбензолдың үлесі 5 - 8% болады. Қаңқаның қасиеттері дивинилбензолдың тазалығына едәуір байланысты. Техникалық дивинилбензол − мета- және ортаизо- мерлердің қоспасы. Бұдан басқа қоспада диэтилбензол (~ 5%), этилстирол (~ 30%) және т.б. заттар бар. Сополимерлену кезінде дивинилбензолдың активтілігі стиролға қарағанда жоғары болуына байланысты алынған сополимердің құрамы біркелкі емес. Полимер қаңқасының құрылымы сорбенттердің қасиеттеріне едәуір әсер етеді. Егер аталған мономерлердің сополимерлену реакциясын кейбір еріткіштердің (толуол, изооктан) қатысуында өткізіп, реакция біткенде ол еріткіштерді бөлсе, полимер қаңқасында әртүрлі қуыстар пайда болады. Ондай сорбенттерді макроқуысты деп атайды. Қуыстың мөлшерін синтездеу кезінде реттеуге болады. Макроқуысты сорбенттерде ион алмасу кинетикасы жеңілдейді. Қазіргі кезде тор көзін ұлғайту мақсатында торлы полимер алуда кеңінен пайдаланып жүрген дивинилбензолдың орнына молекулалық тізбегі үлкен қосылыстар пайдаланылады. Мысалы, диизопропилбензол, гексаметилендиметакриламид, ксилилендиметакриламид. Үлкен торлы тізбегі осындай сорбенттер арқылы молекулалары үлкен органикалық заттарды (дәрумендер) бөлуге болады. Бұл сорбенттер макроторлы деп аталады. Ионалмастырғыштар алу үшін басқа да полимер қаңқаларын пайдаланады. Мысалы, глицидилметакрилат пен этилендимета- крилат сополимері, фенолформальдегид шайыры, эпихлоргидрин мен этиленхлорид полимері және т.б. Соңғы кезде табиғи полимер целлюлоза жиі қолданыла бастады. Полимер қаңқасының физикалық қасиеттеріне сай сорбенттер түйіршік, талшық, қабықша түрінде болуы мүмкін. Гомополимер негізінде де сорбенттер алуға болады, олар еритін иониттер деп аталады. Алғаш рет ионалмастырғыш шайырларды 1935 жылы фенол мен формальдегидті және ароматты аминдерді формальдегидпен поликонденсациялау арқылы алынады. Бұл тәсіл өнеркәсіпке ендіріліп, осы уақытқа дейін өз маңызын жойған жоқ. Фенолдың орнына резорцин, пирагаллол және нафтолды қолдануға болады. Салицил, 1,3,5 – резорцин және феноксисірке қышқылдары негізінде карбоксил тобы бар әлсіз қышқылды катиониттер синтезделеді. Фосфор және мышьяк қышқылдарының сәйкес туындыларын альдегидтермен поликонденсациялау арқылы фосфон және арсон топтары бар катиониттер алынған. Меламин, карбамид және гуани- динді формальдегидпен поликонденсациялау реакциясы нәтижесінде әлсіз негізді аниониттер синтезделді. Поликонденсация әдісімен алынған ионалмастырғыштардың басты кемшілігі – химиялық және термиялық тұрақтылығы нашар. Ионогендік топтары бар мономерлерді сополимерлеу арқылы ретті құрылымды және физика-химиялық қасиеттері жоғары әртүрлі ионалмастырғыштар алуға болады. Қышқылдық тобы бар винил мономерлердің, мысалы, акрил және метакрил қышқылдарын дивинилбензолмен сополимерлеу барысында әлсіз қышқылды катиониттер алынып, өнеркәсіпке ендірілді. Иондар бөлуде талғампаздық қасиет көрсететін катиониттерді α − фенилвинилфосфон немесе 4 – винилфенилфосфин қышқылдарын дивинилбензолмен сополимерлеу нәтижесінде алды. Аллиламин, винилпиридин, аминстиролды дивинилбензолмен сополимерлеу арқылы алмасу сыйымдылығы өте жоғары әлсіз негізді аниониттер синтезделді. Стирол мен дивинибензол сополимеріне әр түрлі функционал топтарды оңай енгізуге болады. Мысалы, галогендеу, сульфирлеу, сульфохлорлау, нитрлеу, ацилдеу, фосфорлау, хлорметилдеу және т.б. белгілі реакциялар жүргізе отырып, қасиеттері сан алуан ион алмастырғыштар, тотығу- тотықсыздану, хелат түзгіш, жарық сезгіш полимерлер және катализаторлар алады. Төменде осы түрлендірудің кейбір тәсілдері келтірілген. CH2 CH CH2 CH PCl3 4 AlCl3 PCl2 H2O CH2 CH [O] P(OH )2 CH2 CH CH2 CH PO3H2 CH3OCH2Cl CH2 CH CH2 CH HSH CH2Cl CH2SH N(CH3)3 CH2 CH CH2 CH CH2NH2 CH2N(CH3)3Cl Қазіргі кезде ионалмастырғыштардың көптеген түрлері бар, 13.1- кестеде жиі қолданылатын иониттерінің құрылымы көрсетілген. Айта кететін бір жайт, торлы полимерлерді өндіру кезінде оның алыну әдісіне, ортаның негізділігіне, ионоген тобының табиғатына және мөлшеріне, тор жасаушы заттардың санына, мономерлерді сополимерлеу процесіне түсіретін химиялық заттардың табиғатына, реакция жүргізу жағдайына байланысты ионалмастырғыштардың қасиеттері әртүрлі болады. 13.1-кесте. Кейбір көп таралған ионалмастырғыштар
жүктеу/скачать 2,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|