Mavzu : Ion almashinuv jarayoning selektivligi Reja

B ioniga qaraganda , agar n < m bo'lsa, B ioni yaxshiroq so'riladi .
Ba'zi ionlarni boshqalarga nisbatan afzalroq adsorbsiyalash qobiliyati selektivlik deb ataladi. Ionlarning selektivligini miqdoriy aniqlash uchun G selektivlik koeffitsienti qo'llaniladi, bu ion almashinuvchidagi turli ionlarning gramm ekvivalentlari sonining ularning eritmadagi konsentratsiyalari nisbatiga bo'lingan nisbati:

Agar A va B ionlari teng adsorbsiyalangan bo'lsa, u holda T _{A / B} \u003d 1, agar A ioni B ioniga qaraganda yaxshiroq adsorbsiyalangan bo'lsa , u holda T _{l / B} > 1 va agar B ioni A ionidan yaxshiroq adsorbsiyalangan bo'lsa , u holda T _{A / B} < 1.
Ion almashinuvining selektivligining sababi ion almashinuvchining qattiq fazasi tomonidan turli ionlarning tortishish energiyalaridagi farqdir, bu birinchi navbatda turli radiuslar bilan bog'liq .
adsorbsiyalangan ionlar va ularning zaryadlari q. Radius va zaryadning ion selektivligiga ta'siri Kulon qonunidan kelib chiqadi

Ionlar suvli eritmada gidratlangan zarrachalar shaklida bo'lgani uchun ion selektivligi gidratlangan ionning radiusi bilan aniq tavsiflanadi. Shunday qilib, gidroksidi metallar uchun 
. Biroq, ionning radiusi qanchalik kichik bo'lsa, uning hidratsiya darajasi shunchalik yuqori bo'ladi. Gidratlangan ionlarning radiuslari orasidagi nisbat allaqachon teskari:  . Shunga ko'ra, gidratlangan ionlar radiuslarining bunday nisbati bilan ishqoriy metallar uchun selektivlik seriyasi quyidagicha ko'rinadi:

bular. kaliy kation almashinuvchi tomonidan N ⁺ dan yaxshiroq va N ⁴ dan yaxshiroq so'riladi . Ishqoriy tuproq metallari uchun radiuslar nisbati:

va gidratlangan holatda

Shunday qilib, ushbu ionlar uchun selektivlik seriyasi quyidagicha ko'rinadi:

bular. Mg ² ion almashtirgich tomonidan boshqalarga qaraganda yomonroq adsorbsiyalanadi va Ba ~ ⁴ boshqalarga qaraganda yaxshiroq.
Valentligi yuqori bo'lgan ionlar valentligi past bo'lgan ionlarga qaraganda yaxshiroq adsorbsiyalanadi. Odatda atom elektr stantsiyalarida ishlatiladigan tabiiy suvlarda mavjud bo'lgan ionlar uchun selektivlik seriyasi quyidagicha ko'rinadi:
kationlar uchun

anionlar uchun

Kuchli asosli anion almashinuvchilar uchun OH ioni xlor ioniga qaraganda yomonroq adsorbsiyalanadi, zaif asoslilar uchun u boshqa uchiga o'tadi.
2- + qatorlar (80 ₄ dan keyin ). Kuchli kislotali kation almashinuvchilar uchun H ioni barcha ionlarga qaraganda yomonroq, kuchsiz kislotalilar uchun esa barcha ionlarga qaraganda yaxshiroq adsorbsiyalanadi.
Ion almashinuvi - bu teskari kimyoviy reaktsiyaning bir turi bo'lib, unda qattiq modda elektrolitlar eritmasi bilan ionlarni almashtiradi. Ion almashinuvi tabiiy, sun'iy yoki sintetik kelib chiqadigan tarmoq polimerlari bo'lganmoddalar - ion almashinuvchilarida amalga oshiriladi .
Ion almashtirgichlar qo'zg'almas ramka - matritsadan va elektrolitlar ionlari bilan almashinadigan funktsional guruhlardan iborat. O'zaro almashinadigan qarshi ionlarning zaryad belgisiga ko'ra, ion almashtirgichlar quyidagilarga bo'linadi kation almashtirgichlar , ularda qarshi ionlar musbat vodorod yoki metall ionlari bilan almashtiriladi;gidroksil guruhlari yoki kislotali qoldiqlar bilan qarama-qarshi ionlarni almashtirishga qodir anion almashinuvchilar .Ion almashinuvi jarayoni quyidagi bosqichlardan iborat:

• 
  eritma ionlari ionit granulasining yuzasiga o'tkaziladi;
  
• 
  granula ichidagi ionlarning tarqalishi;
  
• 
  to'g'ridan-to'g'ri ion almashinuvi reaktsiyasi;
  
• 
  granulaning ichki qismidan sirtiga ko'chirilgan qarshi ionning tarqalishi;
  
• 
  qarama-qarshi ionni granula yuzasidan eritmaning asosiy qismiga o'tkazish.
  
• 
  Ion almashinuvining tezligi quyidagi omillarga bog'liq:
  
• 
  ion almashinuvchi ramkasida sobit ionlarning mavjudligi;
  
• 
  ionit granulalarining kattaligi;
  
• 
  harorat;
  
• 
  eritma konsentratsiyasi va boshqalar.
  

Ion almashinuvi reaktsiyasi eritma va ion almashinuvchining o'ziga xos bo'lgan jarayonlar to'plamidir. Suvli eritmaning haqiqiy sharoitida ion almashinuvchining donasi ichidagi ionlarning tarqalishi dominant omil bo'ladi. Shuning uchun ion almashinuv tezligi ionitning don hajmining kamayishi bilan ortadi.
Suvni tozalashda ion almashinuvi deganda ion almashinadigan materiallar (ion almashinadigan qatronlar, tabiiy zeolitlar va boshqalar) yordamida amalga oshiriladigan moddalarni ajratish, izolyatsiya qilish va tozalash reaktsiyalari tushuniladi .
Ion almashinadigan smolalarning kelib chiqishi.Noorganik tabiiy ion almashinuvchilar kristalli yoki qatlamli tuzilishga ega bo'lishi mumkin - zeolitlar, gillar, grafit oksidlari va boshqalar. Tabiiy ion almashinuvchilar ko'pincha kation almashinuvchilaridir.
Ion almashtirgichlar amfoter xossalarini ham namoyon qilishi mumkin, ya’ni muhit sharoiti va kislotaligiga qarab ular kation yoki anion almashinuvchi sifatida namoyon bo’lishi mumkin.
Sintetik ion almashinadigan materiallar (ion almashinadigan qatronlar) o'zaro bog'lanishlar - uglevodorod ko'priklari bilan tutilgan moslashuvchan makromolekulalardir. Makromolekula uch o'lchovli tarmoq shakliga ega bo'lib, uning ba'zi tugunlarida ularni neytrallashtiruvchi qarshi ionlari bo'lgan zaryadlangan funktsional guruhlar mavjud.
Sintetik ion almashtirgichlar suvda shishishga qodir, bu ularning tarkibida qattiq gidrofil guruhlar mavjudligi bilan bog'liq. Shu bilan birga, suvda to'liq erishi ion almashinadigan qatronlar tarkibidagi o'zaro bog'lanishlar bilan oldini oladi. Standart yumshatuvchi ion almashinadigan qatronlar taxminan 8% o'zaro bog'lovchi divinilbenzol (DVB) ni o'z ichiga oladi .
Ionning shishish darajasi DVB ning miqdoriy tarkibiga, ion almashinuvchi tarkibidagi hidrofil ionogen guruhlarning tarkibiga va ion almashinuvchida mavjud bo'lgan kontrendlarning turiga bog'liq.Tashqi ko'rinishiga ko'ra, sintetik ion almashinadigan qatronlar har xil o'lcham va shakldagi granulalardir. Agar granulalar polimerlanish reaktsiyasi natijasida olingan bo'lsa, unda ularning shakli deyarli sharsimon bo'ladi. Agar polikondensatsiya reaktsiyasi natijasida - tartibsiz shakldagi granulalar.Ion almashinuvchilarning xarakteristikalariIon almashtirgichlar quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi:

• 
  baholash;
  
• 
  mexanik kuch;
  
• 
  osmotik kuch;
  
• 
  kimyoviy qarshilik;
  
• 
  selektivlik;
  
• 
  ion almashinuvchining zichligi.
  

Ion almashtirgichning selektivligi muhim xususiyat bo'lib, ion almashinuvchi boshqa raqobatdosh qarshi ionlar mavjud bo'lganda ma'lum qarshi ionlarni qanchalik samarali olib tashlashini ko'rsatadi. Selektivlik ion almashinuvchi matritsasining tuzilishiga, funktsional guruhlarning turlariga, eritmadagi qarshi ionlarning tarkibiga va boshqalarga bog'liq.
Ion almashtirgichlarning selektivligi qarshi ion zaryadining ortishi bilan ortadi. Agar ionlar bir xil zaryadga ega bo'lsa, atom og'irligi oshishi bilan selektivlik ortadi. Ion almashtirgich eng yuqori atom og'irligi va eng yuqori zaryadga ega bo'lgan qarshi ionga nisbatan eng katta selektivlikni ko'rsatadi.Oddiy ion almashinuvchining selektivlik seriyasi quyidagicha ko'rinadi:
Formula:
Na⁺< K⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺< Fe²⁺< Mn²⁺< Ba²⁺< Fe³⁺
Eritmadagi qarshi ionlar konsentratsiyasining oshishi bilan selektivlikning teskari o'zgarishi kuzatiladi. Masalan, ikki marta zaryadlangan qarama-qarshi ionlar bir marta zaryadlangan ionlar yuqori konsentratsiyada bo'lgan eritma bilan aloqa qilganda, bir marta zaryadlangan qarshi ionlar tomonidan qatrondan chiqariladi. Bu taʼsir kislotalar (kation almashinuvchilar uchun) yoki ishqorlar (anion almashinuvchilar uchun) eritmalari yoki 10-12% li tuz eritmalari bilan ion almashinuvchining regeneratsiyasi hodisasiga asoslanadi.

Suvni tozalashda ion almashtirgichning ishlash muddati ish almashinuvi quvvatining qiymati bilan tavsiflanadi. U shishgan ion almashinuvchining litriga ekvivalentlarda ifodalanadi va filtratga so'rilgan ionning birinchi yutilishidan oldin ion almashinuvchi o'zining ish xususiyatlarini qancha vaqt davomida namoyon qilishi mumkinligini ko'rsatadi.Dissotsilanish darajasiga ko'ra ion almashinuvchilar quyidagilarga bo'linadi :

• 
  kuchli kislotali anion almashinuvchilar (tarkibida sulfo guruhlari yoki fosfat guruhlari mavjud);
  
• 
  kuchli asosli anion almashinuvchilar (tarkibida R₃NOH to'rtlamchi ammoniy asoslari mavjud);
  
• 
  kuchsiz kislotali kation almashinuvchilari (tarkibida pH da dissotsilanadigan karboksil yoki fenolik guruhlar mavjud)
  
• 
  kuchsiz asosli kation almashinuvchilari (tarkibida pH>7 da dissotsilanadigan birlamchi va ikkilamchi aminokislotalar mavjud).
  

Ishchi eritmaning to`yingan qarshi ioniga ko`ra H-shakli, Na-shakli, kation almashinuvchilar uchun Ca-shakli va anion almashinuvchilar uchun OH-shakli, Cl-shakllari farqlanadi.