Ионообменная адсорбция

Обменная адсорбция – процесс обмена ионов между раствором и твердой фазой – адсорбентом, точнее обмен ионов между двойным электрическим слоем адсорбента и средой. При этом твердая фаза поглощает из раствора ионы одного знака (катионы или анионы) и вместо них выделяет в раствор эквивалентное число других ионов того же знака. Такой обменный ионный процесс аналогичен обменным химическим реакциям, но только протекающим на поверхности твердой фазы.

Вещества, способные к ионному обмену, получили название ионитов.В зависимости от того, какой вид ионов участвует в обмене, иониты делят на катиониты и аниониты. Катиониты способны обменивать катионы, в том числе и ион водорода, аниониты – анионы, в том числе гидроксид-ионы. На способности избирательного и последовательного поглощения адсорбентами растворенных веществ основывается хроматография – метод разделения и анализа многокомпонентных смесей. Впервые этот метод был применен ботаником М.С. Цветом в 1903 г. для разделения зеленого вещества растений хлорофилла на составные части.

Методика разделения проста. Через стеклянную трубку, заполненную адсорбентом, фильтруется раствор, содержащий смесь окрашенных веществ. При этом вещества, хорошо адсорбирующиеся на данном адсорбенте, концентрируются в верхней части колонки, менее поглощаемые – в порядке уменьшения адсорбируемости – ниже. Таким образом, по высоте колонки (трубки) образуются цветные зоны различных веществ. Соответствующей обработкой можно выделить компоненты из каждой адсорбционной зоны.

Хроматография широко применяется при разделении и очистке лекарственных веществ, витаминов, аминокислот, углеводородов (нефтяных фракций), ионов близких по свойствам (например, редкоземельных металлов).

При помощи этого метода были обнаружены и разделены элементы № 99 – энштейний, №100 – фермий и №101 – менделеевий.

Хроматографический анализ широко используется при контроле на некоторых производствах. Например, методом хроматографии легко обнаружить искусственную подкраску вин красителями.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие вещества называют поверхностно-активными?

2. Какое строение имеют дифильные молекулы?

3. Как изменяется поверхностная активность от длины углеводородной цепи молекулы ПАВ?

4. Какие факторы влияют на адсорбцию газов твердыми адсорбентами?

5. Что такое изотерма адсорбции?

6. Какие положения лежат в основе теории мономолекулярной адсорбции?

7. Чем отличается адсорбция паров на пористых адсорбентах от адсорбции газов?

8. Как влияет на молекулярную адсорбцию из растворов природа растворителя, адсорбента, вещества?

9. Почему при некоторых пищевых отравлениях рекомендуется принимать таблетки активированного угля?

10. Какой из ионов электролита будет адсорбироваться на твердом теле?

11. В чем особенности ионообменной адсорбции? Что такое иониты, и где их можно применять?