Бірдей зарядты иондар алмасуы кезіндегі селективтілік бойынша тәжірибиелік мәліметтер

Түзетілген селективтілік коэффициент ионит фазасының иондық қасиетіне тәуелді. Жоғары деңгейдегі құрылымның өзгеруі көптеген ион алмасу смолдарын басатындығы дәлелденген.

Қазіргі уақытта өндірісте немесе лабораторияда өндірілетін барлық ион алмастырғыш смолдардың негізі полистиролдан тігілген матрицадан тұрады.

Тігуші реагент ретінде әдетте дивинилбензол (ДВБ) қолданылады. Қандай реагент болмасын, белгіленген типтегі ион алмастырғыш смолалардың химиялық құрылысы келесі 3 параметр бойынша анықталады:

1. Ион алмастырғыш топтың табиғатымен;

2. Ион алуда қолданылатын сол реагенттің проценттік құрамымен сипатталатын тігуші дәрежімен;

3.3 сур. Калий-натрий жүйесіндегі көлденең байланыстар саны әртүрлі полистиролдық моносульфокатиониттердің селективтілігі.

3. Бір иониттің санына сәйкес келетін алмастырғыш топтың санымен. Оларды алмастырғыш сыйымдылығы деп те атайды.

Белгіленген алмастырғыш сыйымдылығы бар күштінегізді катионитті (сульфотобы бар) қарастырайық. 3.3 және 3.4. суретте калий- натрий және натрий- сутек ионы жүйесіндегі тігуші дәрежесінің ионалмастырғыш қасиеттеріне байланысты көрсетілген. Бұл анықтамалар моносульфокатионитке тағайындалған, яғни ароматтық сақинаның әрқайсысында бір сульфотоптан тұратын катионит.

3.3 және 3.4. суреттегі қисық сызықтар бір сипаттамаға ие: Х_в өсуімен К^,_В/а мәні азаяды. Көлденең байланыстар санының өсуімен қисықтағы көлбеу бұрыштардың сандық мәндері өседі.

Калий-натрий (3.3. сурет) жүйесіндегі көлденең байланыстар санының өсуімен К^,_К/Na өседі, бірақ көлденең байланыстар санының күрт өсуінен (25℅ ДВБ) Х_в жоғары мәнінде қисықтар қиылысады.

3.4 сур.натрий- сутек жүйесіндегі көлденең байланыстар саны әртүрлі полистиролдық моносульфокатиониттердің ынтықтылығының ауысуы Сонымен селективтілік иониттің иондық құрамына ғана емес, сонымен қатар көлденең байланыстар санына да тәуелді деп айтуымызға болады. Мысалы, сульфокатиониттер калийді натрийден қарағанда күштірек ұстап тұрады.

Натрий- литий және калий- литий жүйелердің алмастырғыш қасиеті калий- натрий жүйесіндегі қасиеттерімен ұқсас, бірақ үш жүйедегі селективтілік коэффитентінің сандық мәні әр түрлі.

Осы жүйеге байланысты қарастырған эксперименттік анықтамалар келесідейсапалы қорытынды шығаруға мүмкіндік береді: сульфокатиониттің ынтықтылығы сілтілік металдардың иондардың сулы ерітіндісінде азаяды K>Na>Li қатары бойынша. ,

Натрий- сутек жүйесі сілтілік металл иондарынан тұратын жүйеге ұқсас. Онда иондық құрамның селективтілік әсері бақыланады және К^,_В/А өсуімен көлденең байланыстар санының өсуі туралы жалпы тенденция сақталады. Бірақ елеулі айырмашылықтар да бар. Натрий- сутек жүйесіндегі қиылысу қисықтарындағы 15-25℅ДВБ иониттерге алынған қисықтарды жақсылап зерттеу мүлдем жаңа құбылыс анықтауға мүмкіндік береді. Ынтықтылықтың ауысуы немесе селективтің ауысуы жүзеге асады: Х_Na аз мәніндеионитте сутектен қарағанда натрий күштірек ұсталып тұрады, бірақ : Х_Na жоғары мәндерінде керісінше құбылыс байқалады. Мұндай селективтің ауысуы сутек ионына қарсыионнан тұратын жүйелерге байланысты. Калий- сутек және литий- сутек жүйелерінде жүзеге асады. Ынтықтылықтың ауысуы тек сутек ионын құрайтын жүйелерге ғана тән деп ойлау қате.

Бұл жағдайда мынадай реттілік болады: K > Na > H > Li. Қарапайымдылық үшін катиондардың плюс таңбасын алып тастап, сутек ионы үшін Н₂О орнына Н белгілеуін қолданамыз.

Сурет 3,5. Әр түрлі санды көлденең байланыстары бар полистиролды сульфокатиониттер үшін цезий – калий жүйесіндегі туыстық айналуы

Айта кететін жағдай, сутек ионы бұл тізбекте литий ионына қарағанда жоғарырақ тұр.

Бұған дейін байқалғандай, туыстық айналу сутек ионы жоқ жүйелерде де болады. Мысал ретінде цезий – калий жүйесін айтуға болады (3.5 – сурет). Әлсіз тігілген катиониттардың жағдайында бұл жүйе өзін «қалыпты» ұстайды, сол себепті туыстың қатары (сутек ионы қарастырылмайды) мұндай катиониттер үшін келесідей түрде болады: Cs > K > Na > Li.

Бұл тұжырымның мәні төмендегідей. Калий-натрий жүйесінде ынтықтылық өлшемі k A/B немесе K` A/B арқылы өрнектелуіне қарамастан, сиымдылықтың өзгеруімен ынтықтылық айналымы байқалмайды.

Калий – литий және натрий – литий жүйесінде сиымдылық калий-натрий жүйесіндегідей сапалық қатынастағы селективтілік әсер етеді.

3.9. сурет. Сиымдылықтың цезий-калий жүйесінде полистирольды сульфокатиониттерге 25% ДВБ әсері.

Жалғыз айырмашылық, ерекше жағдайларда көлденең байланыстардың көп сандылығында және төменгі сиымдылықта - жоғарыда сипатталған селективті біріңғай тәуелділік ісінудің орын алуын тоқтатады.

Сиымдылықтың цезий-калий жүйесіндегі селективтілікке әсер ету сипаты өте қызықты. (3.9 сурет). Егер жоғары сиымдылықты кіріккен ионитті алсақ, яғни, цезий-калий жүйесінде ынтықтылық айналымын тудыратын ионит, және ынтықтылық айналымының сиымдылықты төмендетуі бұл жағдайда байқалмайды. Басқаша айтқанда, кіріккен иониттер сыйымдылықтың ұлғаюы жағдайында калий-натрий жүйесінде болған K` Cs/К немесе k Cs/К- ның қарама- қарсы мәнін төмендетеді. Сиымдылықтың селективтілікке бұндай әсер сипаттамасы сақталады және иониттер үшін көлденең байланыстардың орташа және аз сандарында яғни шарттарында, ынтықтылық айналымдары пайда болмайды. Сонымен қатар, цезий-калий жүйесінде жоғарыда сипатталған барлық иониттерге бірыңғай k B/A мен ионитқа сіңген су мөлшерінің арасындағы тәуелділік бір алмасу тобы есебінде.

3.10 сурет. Сиымдылықтың цезий-калий жүйесінде полистирольды сульфокатиониттерге 16% ДВБ әсері.

Жүйедегі түзілген сутек иондары, иониттің сиымдылығының төмендеуі, басқа иондардың есебінен сутектің, иондарға сіңіуіне әрқашан қолайлылық тудырады. Көптеген жағдайларда бұл ынтықтылық айналымына келтіреді. Кейде, мысалы, натрий-сутек жүйесінде кіріккен иониттер үшін, «ішінара айналым» енді жоғары сиымдылықта байқала бастайды және оның азаюы «толық айналымға» келтіреді. (3.10 сурет). Бұл терминдердің тоқетері төменде түсіндірілетін болады.

Литий жуйесинде –сутек иониттерi орта жане томен сандарда аралык байланыстарды сутек иондары литийге караганда куштирек жутады.Бул жагдайда ыдыс колемiнiн кiшiреюi жутылуды арттырады.

3.10 суреттен корип тургандай lg K_Na/H ен томенгi кисык манi керi шама.Бул иониттiн сутек иондарын натрий иондарына караганда куштирек жутатыны корсетедi. lg K_Na/H белгiсi ионит курамындагы ионнын озгерумен озгеретiнiн корсетедi.

Корытындылай келе табигаттагы фиксирленген иондык топтагы ионит селективтиликке асер етеди.

Ионалмасусмолаларындайындауда полимер матрицасынаенгiзiлгеналмасутоптарыартурлiлiгiмен ажыратылады,бiрaк белгiлi бiр корытындыжасайтындайзерттеунатижелерiнiн селективтiлiккеасерiетутолыкжуйкелендирилмеген.

Бiрак карбоксильдiтобы бар иониттердiн калий иондарынакараганда натрий иондарынынжаксыжутылатынын Брегман корсеттi.Булешкандайсульфокатиониткеаныкталганжок.

Литий жуйесинде –сутекиониттерi орта жанетоменсандардааралыкбайланыстардысутекиондарылитийгекарагандакуштирекжутады.Булжагдайдаыдыс колемiнiн кiшiреюiжутылудыарттырады.

3,10 суреттенкориптургандайlgK_Na/Hентоменгiкисыкманiкерiшама.Булиониттiн сутекиондарын натрий иондарынакарагандакуштирекжутатыныкорсетедi. lgK_Na/Hбелгiсi ионит курамындагыионнынозгеруменозгеретiнiн корсетедi.

Корытындылайкелетабигаттагыфиксирленгениондыктоптагы ионит селективтиликкеасеретеди.

Ионалмасусмолаларындайындауда полимер матрицасынаенгiзiлгеналмасутоптарыартурлiлiгiмен ажыратылады,бiрaк белгiлi бiр корытындыжасайтындайзерттеунатижелерiнiн селективтiлiккеасерiетутолыкжуйкелендирилмеген.

Бiрак карбоксильдiтобы бар иониттердiн калий иондарынакараганда натрий иондарынынжаксыжутылатынын Брегман корсеттi.Булешкандайсульфокатиониткеаныкталганжок.