Ионный обмен - реферат

Ионный обмен - реферат

Иониты: общее понятие

Умягчение и обессоливание воды производят приемущественно при помощи ионитов.

Иониты делят на два типа: катиониты и аниониты. Эти наименования разъясняют тем, какие противоионы, в процессе диссоциации, выделяет ионит в наиблежайшее аква окружение. Если зерно ионита само заряжено негативно, а водную среду выходят противоионы в виде положительно заряженных противоионов Ионный обмен - реферат, какими могут быть ионы водорода (Н+ ) либо ионы металлов (Меn+ ), то таковой ионит именуют катионитом, потому что при диссоциации образуются противоионы – катионы. Если зерно ионита само заряжено положительно, а водную среду отделяются от него противоионы в виде негативно заряженных противоионов, какими обычно могут быть ион гидроксила (ОН- ) либо кислотные остатки Ионный обмен - реферат (Аnn- ), то таковой ионит именуют анионитом, потому что при диссоциации образуются противоионы – анионы.

Общеизвестны такие вещества как кислоты, основания и их соли. Водородные кислоты в общем можно изображать так: НХ (Х – кислотный остаток), т.е. в виде соединения иона водорода с остатком (анионом) хоть какой кислоты. Гидроксилсодержащие основания можно Ионный обмен - реферат изобразить как Ме(ОН)n (Меn+ - катион хоть какого металла), т.е. в виде соединения аниона гидроксила с катионом хоть какого металла. Соли, как понятно, являются продуктом обоюдной нейтрализации кислот и оснований и имеют вид МеХ.

Кислоты, основания и соли представляют собой электролиты. По аналогии иониты тоже Ионный обмен - реферат именуют электролитами, поточнее – полиэлектролитами, подчеркивая приставкой “поли” многочисленность ионов, образуемых одной частичкой ионита при диссоциации в воде. Если условно-нерастворимую частичку ионита обозначить для катионита через R- , а для анионита через R+ , то получим четыре формы, в каких могут существовать иониты, а конкретно:

для катионитов

R- Н+ - водородная форма Ионный обмен - реферат катионита, подобная обыкновенной водородной кислоте,

R- Ме+ - солевая форма катионита, подобная структуре соли;

для анионитов

R+ ОН- - гидроксильная форма анионита, подобная обыкновенному гидроксилсодержащему основанию,

R+ Х- - солевая форма анионита, подобная структуре соли.

Этими 4-мя схематическими изображениями структуры ионитов подчеркивается их общность со структурой обыденных кислот, оснований и солей. Но на этом фоне следует Ионный обмен - реферат выделить нерастворимость ионитов в воде и большей части неводных растворителей, т.е. такое их поведение в кислотной, основной либо солевой формах, при котором реакции их взаимодействия с другими растворимыми субстанциями можно ограничивать и завершать в объеме аппарата без распространения самих реагентов либо товаров реакции по всему объему Ионный обмен - реферат раствора (воды), как это происходит с низкомолекулярными, мономерными кислотами, основаниями и их солями.

Синтетические иониты обычно состоят из матрицы, т.е. зерна, сделанного из сополимера либо методом поликонденсации мономерных органических молекул. В эту матрицу (зерно) методом хим взаимодействия введены ионогенные группы кислотной либо основной функции, потому такие группы нередко именуют Ионный обмен - реферат многофункциональными группами. Если введенные в матрицу многофункциональные либо ионогенные группы имеют структуру кислотных остатков (-СООН; -SО3 Н; -РО4 Н2 и т.п.), то таковой ионит именуют катионитом, потому что он способен к обмену катионами-ионами водорода либо положительно заряженными ионами металлов. Если введенные в матрицу ионогенные группы имеют Ионный обмен - реферат структуру и функцию оснований (aN; =NH; -NH2 ; -NR3 + и т.п.), то таковой ионит именуют анионитом, потому что он способен к обмену анионами-ионами гидроксила либо негативно заряженными кислотными остатками. Когда в ионит введены однообразные многофункциональные группы, такие иониты именуют монофункциональными, а в случаях, когда вводятся группы разной Ионный обмен - реферат структуры, иониты именуют полифункциональными. Если же в одни и те же зерна ионитов введены кислотные и главные ионогенные группы, такие иониты следует именовать смешанными.

Зерна органических молекул либо товаров конденсации нерастворимы в воде поэтому, что полимерные цепи макромолекул не только лишь владеют большой молекулярной массой, но еще поперечно связаны Ионный обмен - реферат меж собой, вроде бы образуя пространственную сетку потенциально пористого вещества. У ионитов обычно нет пор в виде размеренных отверстий и проходов определенных микросечений, как, к примеру у активированных углей, у зернышек ионитов также нет размеренных геометрических размеров. Они способны набухать в воде и несколько меньше в других органических растворителях. Такую способность к Ионный обмен - реферат набуханию ионитам присваивают гидрофильные ионогенные группы, способные к гидратации, т.е. к притягиванию в свое конкретное окружение молекул воды (растворителя). Но безграничному набуханию, граничащему с растворением, препятствуют поперечные связи. Степень поперечной связанности задается при синтезе ионитов. Это позволяет при наименьшей поперечной связанности готовить иониты, пространственно доступные даже для Ионный обмен - реферат органических ионов больших размеров, и повышение поперечной связанности приводит к сдерживанию набухания и к проницаемости только ионов маленьких размеров. Чем больший процент поперечной связки имеет ионит, тем меньше он набухает, но тем больше увеличивается его механическая крепкость.

Для большей части ионитов типично возрастание объема при набухании в Ионный обмен - реферат 1,5 – 3,5 раза – это значимый разбег размеров, и он должен учитываться при загрузках ионитов в ионообменные фильтры. При одной и той же поперечной “сшитости” и концентрации гидрофильных ионогенных групп в объеме зерна ионита величина набухаемости находится в зависимости от того, какими противоионами заряжен ионит. Обычно однозарядные ионы, в особенности водорода и Ионный обмен - реферат гидроксила, приводят к большему набуханию; многозарядные противоионы приводят к некому сжатию и уменьшению объема зернышек.

Ионообменная способность

Различают последующие свойства обменной возможности: полная динамическая обменная емкость (ПДОЕ); динамическая обменная емкость (ДОЕ); статистическая обменная емкость (СОЕ).

Полная динамическая обменная емкость (ПДОЕ) выходит методом фильтрации раствора электролита через ионит, в каком происходит обмен Ионный обмен - реферат противоионов ионита на противоионы раствора. При всем этом фильтрация делается даже после проскока поглощаемого иона в фильтрат до того времени, пока концентрация поглощаемого в фильтрате не станет равна его концентрации в начальном растворе. Этот момент является показателем того, что загрузка ионита больше не поглощает ионов из раствора. Количество Ионный обмен - реферат поглощенных ионов из раствора, пересчитанной в миллиграмм-эквивалентах на литр набухшего ионита, и является показателем для данных критерий фильтрования.

Главные уравнения ионного обмена, схематически описывающие реакции взаимодействия ионов раствора с ионитами, последующие:

Для катионитов

R- H+ +Ме+ R- Ме+ + Н+

Эта реакция обратима, потому что слева вправо происходит поглощение ионитом катионов солей Ионный обмен - реферат (Ме+ ) из раствора, а справа влево происходит регенерация кислотой ионита от солевой формы до начальной водородной формы;

Для анионитов

R+ OH- + R+ X- + OH-

тут мы лицезреем ту же схему реакций, только не с катионами, а с анионами.

Динамической обменной емкостью (ДОЕ) именуют характеристику, схожую ПДОЕ, с той только Ионный обмен - реферат различием, что измеряется не общее количество ионов, поглощаемых ионитом из раствора, а только то, которое поглощено до первого проскока поглощаемого иона в фильтрат. Эту характеристику время от времени именуют рабочей обменной емкостью (РОЕ).

Статистической обменной (сбалансированной) емкостью (СОЕ) считают величину ионного обмена меж противоионами навески ионита и противоионами Ионный обмен - реферат из раствора в критериях установившегося равновесия, т.е. когда раствор и ионит находятся в контакте в статистических критериях достаточное время для установления равновесия. Обычно принято замерять СОЕ через 24 ч контакта в миллиграмм-эквивалентах на литр; СОЕ может быть полной в этом случае, если в итоге контакта ионита и раствора происходит Ионный обмен - реферат не только лишь обмен противоионами, да и образование труднодиссоциирующего соединения.

Важным свойством ионитов следует считать их способность к регенерации, т.е. к превращению в начальную форму тех же зернышек загрузка фильтра после поглощения ими солей из очищаемой воды в итоге промывки отработавших ионитов приблизительно 5 – 6% - ми смесями кислот (для катионитов) либо Ионный обмен - реферат щелочей (для анионитов). Конкретно это свойство позволяет неоднократно, даже в течение пары лет, использовать загрузку ионитов. Количество естественных утрат при перегрузках и взрыхлениях ионитов составляет от 3 до 10% годичных.

Основной предпосылкой процесса обмена противоионами меж ионитом и веществом является разность концентраций противоионов. Противоионы ионита стремятся в раствор Ионный обмен - реферат, потому что сначала контакта этих ионов в растворе нет. Но переходу в раствор ионов ионита противодействует необходимость сохранения электронейтральности. Другие ионы такого же знака из раствора стремятся просочиться в фазу ионита, потому что сначало концентрация этих ионов в фазе ионита была равна нулю. Это состояние приводит к выравниванию концентраций Ионный обмен - реферат, т.е. к обмену ионов при нерушимости принципа электронейтральности.

Кинетика ионного обмена

Процессы ионного обмена протекают во времени, т.е. владеют различной скоростью при разных критериях. На скорость ионного обмена могут оказывать влияние: степень “сшитости” (проницаемости) матрицы зерна ионита, размер зернышек ионита, температура и концентрация раствора, с которыми контактирует ионит Ионный обмен - реферат, и другие причины. Следует увидеть, что наружное давление фактически не оказывает влияние величину и скорость ионного обмена из смесей. Издержка времени нужна для прохождения рядя простых процессов:

диффузии противоионов раствора к зерну ионита;

диффузии противоионов в фазе ионита по направлению от периферии к центру;

обмена противоионов ионита на противоионы из Ионный обмен - реферат раствора;

диффузии вытесненных противоионов по зерну ионита к его поверхности;

диффузии вытесненных противоионов в объеме раствора.

Обмен ионов в фазе ионита и последний процесс – рассредотачивание вытесненных ионов по раствору, можно считать нелимитирующими общую скорость процесса. Скорость первого, второго и 4-ого процессов в значимой мере определяется начальной концентрацией Ионный обмен - реферат противоионов соответственно в растворе и в ионите.

Считается, что при концентрациях ионов в смесях наименее 0,003 М неспешным процессом, лимитирующим общую скорость процесса, является диффузия ионов по раствору к поверхности зерна и через недвижную граничную пленку воды у поверхности зерна ионита (пленочная кинетика). В случаях, когда концентрация ионов в растворе Ионный обмен - реферат выше 0,1 М, процессом, контролирующим общую скорость, считается процесс диффузии ионов по зерну в фазе ионита (гелевая кинетика). В случаях концентраций ионов в растворе, находящихся в границах меж 0,003 – 0,1 М, в качестве лимитирующих процессов могут проявлять себя как диффузия через недвижную пленку, так и диффузия в фазе ионита.


iosif-raskin-stranica-35.html
ioso-rao.html
ip-adresaciya-i-marshrutizaciya.html