Химиялық термодинамиканың негізі § термодинамиканың бірінші заңы термодинамикалық түсініктер мен анықтамалар
§ 7. АДСОРБЦИЯ ТҮРЛЕРІ МЕН ТЕОРИЯСЫ
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
Микро сож соож
- Бұл бет үшін навигация:
- Ион алмастырғыш адсорбция.
- Эквивалентті адсорбция
| § 7. АДСОРБЦИЯ ТҮРЛЕРІ МЕН ТЕОРИЯСЫ
Қатты дене — сұйық зат жанасу шегіндегі адсорбция түрінің біріне жататын ион алмастырғыш адсорбцияның маңызы аса зор. Ол жан-жақты зерттелген. Ион алмастырғыш адсорбция. Ерітіндідегі күшті электролиттер толығымен дерлік диссоциация әсерінен иондарға ыдырайтындықтан, оларға кәдімгі адсорбциялық және әр түрлі электр күштері әсер ету нәтижесінде осы электролиттерді қатты адсорбент бетінде адсорбциялаудың өз ерекшеліктері болады. Күшті электролит иондарын адсорбциялау екі тектегі күштің әсері арқылы жүреді екен. Олар адсорбенттің беттік молекулалық және иондар адсорбцияланғанда пайда болатын электр күші. Электролит адсорбциясының үш түрі бар: эквивалентті; ауыспалы; ерекше немесе таңдамалы. Эквивалентті адсорбция кезінде электролит молекуласы түгелдей сіңіріледі. Оны былай түсіндіруге болады. Берілген электролиттің жақсы адсорбцияланатын ионы өзінің екінші нашар адсорб-цияланатын ион жұбын (электролит молекуласы екі ионнан тұрады) адсорбент бетіне тартады. Мұнда екінші ионның адсорбцияланғыш қабілеті артады да, ерітіндідегі адсорбциялайтын басқа иондар бірінші ионның адсорбциялануын төмендетеді. Сөйтіп екі ион да бірдей (эквиваленттілік жағдайында) адсорбцияланады, сондықтан да эквивалентті адсорбцияны молекулалық деп те атай береді. Ол әлсіз электролиттерге тән. Эквивалентті адсорбция жағдайында, фазалардың жанасу шегіндегі электр нейтралдылық сақталады. Ал ауыспалы адсорбция құбылысында электролит иондарының біреуі іріктеле келіп, адсорбент бетіне жақындағанда қатты адсорбенттен осы мәндегі зарядтас басқа ион ерітіндіге алмасады. Сөйтіп электролит ерітіндісіндегі және қатты адсорбенттегі аттас иондар бірімен-бірі орын алмасады екен. Мұндай ион алмастыру құбылысы тепе-теңдік жағдайында, яғни эквивалентті түрде алмасқандықтан, екі фазаның жанасу шегі әркез электр нейтралды болады. Әдетте ауыспалы адсорбция басқа адсорбциядан баяу жүреді және оны хемосорбция процесі ретінде де қарастыруға болады. Егер ауыспалы адсорбция кезінде адсорбент өзіне сіңірген ион орнына ерітіндіге сутектің немесе гидроксидтің эквивалентті ионын берсе, онда мұндай адсорбцияны гидролиттік деп айтады. Мысалы, натрий хлориді, калий хлориді немесе нитраты секілді нейтрал тұздардың ерітіндісін активтелген көмір арқылы өткізсе, онда активтелген көмір осы ерітіндіден өзіне аниондарды адсорбциялап, олардың орнына гидроксил тобын береді, сөйтіп ерітінді әлсіз сілтілік орта көрсетеді. Олай болса, гидролиттік ауыспалы адсорбция кезінде активті бетте; жанасу шегінде болатын көптеген ауыспалы не басқа да құбылыстарға қарамастан сутек және гидроксил иондары алмасады. Енді ауыспалы адсорбцияның бірер мысалына тоқталайық. Көлдер мен өзендерде, су қоймалары мен тоғандарда кездесетін суды техникалық су дейді. Олардың құрамында көбіне кальций, магний, натрий, калий сияқты химиялық элементтердің иондары болады. Ондай суды кермек су дейді. Онда әсіресе, кальций мен магний тұзы зиянды. Оны тазалау, яғни тұщылау үшін адсорбциядағы ион алмасуды пайдаланады. Мысалы, техникалық суды тұщылау үшін табиғи силикаттар — цеолиттер мен глаукониттер қолданылады. Кейде жасанды әдіспен синтезделген сілтілік металдардың алюмосиликаттары пайдаланылады. Мұндай техникалық суды тазалауға арналған күрделі силикатты қосылыстарды пермутиттер деп атайды. Осындай пермутиттің суды тазарту, тұщылау схемасын қысқаша төмендегіше көрсетуге болады: Пермутиттерді қолдану арқылы техникалық судың кермектігін жоюға болғанмен, судағы қалған басқа да катиондар мен аниондардан толық арылу мүмкін емес. Суды толық тазарту ісі тек соңғы кезде ғана ион алмастырғыш заттардың пайда болуына байланысты дұрыс жолға қойылып, жүзегө аса бастады. Ион алмастырғыш заттарды иониттер деп те айтады. Иониттерді жоғары молекулалық көмірсутекті тізбектен алынған полимер құрамына ионо-генді (SО3Н, СООН, NН2) топтарды енгізу арқылы алады. Иониттердің бір түрі қышқылдық сипатта болады, яғни олардың беткі қабаты теріс зарядталғандықтан, олар сутек ионын кез келген катионға алмастыра адсорбциялайды. Мұндай иониттерді катиониттер деп атайды. Иониттердің басқа негіздік сипаттағы түрін аниониттер дейді. Бұл иониттерден әзірленген адсорбенттер ерітіндідегі аниондарды тек гидроксил анионымен алмастыра адсорбциялайды. Ұнтақталған катиониттер мен аниониттер кабаттарынан әзірленген сүзгіш арқылы өткізілген техникалық су, өзіндегі аниондары мен катиондарын ион алмастырғыш иониттерге беріп тазаланады. Осылайша тұщыланған су өзінің тазалығы мен сапасы жағынан қайнатып алынған судан кем түспейді. Иониттер көмегімен жүретін су тазарту процесін (тұщылау) жалпы былай көрсетуге болады: Суды тазарту кезінде катионит пен анионитті өзара тепе-тең-дікте, яғни эквиваленттік жағдайда алу қажет. Біраздан соң иониттер өзіндегі иондар таусылғандықтан, әсерін жояды. Мұндайда, егер ионит катионит болса, оның әуелгі активтілігін орнату үшін 3—5%-тік күкірт не тұз қышқылы ерітіндісімен өңдейді. Мұның нәтижесінде катиониттер сутек иондарымен қайтадан «зарядталады»: Аниониттердің активтілігін қайтадан орнату үшін, көбінесе, 5%-тік күйдіргіш калий немесе күйдіргіш натрий ерітіндісімен өңдейді: Ион алмастырғыш заттар — иониттер өмірде, өндірісте жиі қолданылады. Өндірісте пайдаланылған сулар, ерітінділер көпке дейін далаға төгіліп, босқа рәсуә болатын. Олардың құрамында сирек, зиянды қосылыстар мен түрлі иондар өте аз мөлшерде болса да кездеседі. Енді оларды иониттер арқылы тазалайды. Бұл әдістің басқа әдістерге қарағандағы тиімділігі — ол бөлінетін иондардың концентрациясын көбейтуге мүмкіндік беруінде. Тазартылған суды қайтадан өндірісте пайдалаиуға болады. Мысалы, бояу өндіру кезінде хром, никель, мыс, мырыш, ал жасанды талшық өндіргенде мыс иондары мен радиоактивті иондар бөлініп алы-нады. Ион алмастырғыш заттар қазір тамақ өнеркәсібінің көп салаларында пайдаланылады. Олар қант, шарап, сыра заводтарында, сүт өнімінде қолданылады. Мысалы, кесілген қант қызылшасын және қосымша еріген заттарды ыстық сумен араластырғанда, ыдырау және еру процесінің әсерінен олардың құрамынан көптеген органикалық, бейорганикалық қосылыстар бөлінеді. Оның 15 проценттейі керексіз қосылыстар. Оны жоғары сапада тазалау үшін ең алдымен күшті негіздік аниониттер, сонан соң катиониттер арқылы бөлініп шыққан ерітіндіні тағы да әлсіз негіздік аниониттерден өткізеді. Сол сияқты иониттер арқылы жеміс-жидек шырындарын зиянды органикалық және минералды қосылыстардан тазартып, жағымсыз иістерден айырады. Жоғары сапалы таза иониттерді пайдаланып шарап, сыра құрамындағы темір иондарын басқа да заттарды бөледі. Ал ашытқы өндірісіндегі меллас құрамындағы керексіз қосылыстарды тек иониттер көмегімен ғана тазалауға болады. Сондай-ақ, ион алмастырғыш заттар — сүт заводтарында ашытуға және сүттің құрамын тұрақтандыруда таптырмайтын зат. Егер сиыр сүтін катиониттің Nа түрі арқылы өткізсе, оның химиялық қүрамы мен қасиеті ешбір өзгеріссіз қалып, құрамындағы, әсіресе, жас сәбиге пайдасы аз кальций мен магний иондары катионитке өтіп, сүттің қүрамы ана сүтіне жақындайды. Сүттен қатық, ірімшік, сүзбе алуда иониттердің атқаратын ролі өте зор. Қатты адсорбентке ерітіндідегі иондардың тек белгілі тектегі түрі ғана адсорбцияланатын адсорбция түрін арнайы адсорбция немесе потенциал анықтаушы иондар адсорбциясы дейді. Мұндай-да катиондар немесе аниондардың біреуі қатты адсорбент бетіне (үстіне) ешбір ионмен алмаспай-ақ орналасып, оның беткі қабатына өз зарядын орнатады. Адсорбцияның бұл түрі, әсіресе, коллиоидты системалар үшін аса қажет, оның әсерінен қос электрлік қабат пайда болады. жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|