Функциональные группы анионитов

Лекция №15

Зависимость адсорбции от температуры и вида газа

В уравнении Ленгмюра коэффициент адсорбции в=к₁/к₂. (к₁ – константа адсорбции; к₂ константа десорбции). Так вот, величина к₁ мало зависит от температуры. Константа к₂ зависит от температуры. Для того, чтобы адсорбированная молекула могла покинуть поверхность адсорбента, она должна обладать энергией, большей теплоты адсорбции (энергии адсорбционных сил). Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию молекул и облегчает десорбцию. Зависимость к₂ от температуры подчиняется закону Больцмана:
к₂=к₀е^-Q/RT где Q – теплота адсорбции. Таким образом, с увеличением температуры количество газа, адсорбированного на поверхности уменьшается. Что касается зависимости адсорбции от вида газа, то при малых давлениях газа существенных различий в адсорбции нет, а при больших давлениях газа над поверхностью адсорбента сильнее адсорбируются те газы, которые легче конденсируются в жидкость, и которые, следовательно, обладают высокой температурой кипения.

Функциональными группами органических анионитов являются: аминогруппа (-NH₂); и миногруппа (=NH) и группа четырех замещенного аммония (-NR₃OH). Группы (-NH₂) и (=NH) являются производными аммиака NH₃ (образовались путем замены одного или двух атомов водорода органическими радикалами, например С₂Н₅ – NH₂); ((СН₃)₂=NH) и подробно NH₃ обладают способностью образовывать комплексы с ионами Н⁺:

-NH₂+H⁺®-NH₃⁺

=NH+H⁺®=NH₂⁺.

Таким образом, в анионитах, содержащих группу -NH₂ и =NH, образование функциональной группы и потенциалобразующего слоя происходит в результате адсорбции ионов Н⁺ из раствора. В растворе при этом создается диффузный слой (ионная атмосфера). Аниониты, содержащие эти группы являются слабоосновными.

Группа (-NR₃OH) является производной гидроокиси аммония NH₄OH, в которой четыре атома Н замещены органическими радикалами.

(записывается такая функциональная группа в виде (-NR₃OH), т.к. (-) показывает связь функциональной группы с органическим радикалом).

Эта группа проявляет сильноосновные свойства и, соответственно, ионит имеющий функциональную группу (-NR₃OH) является сильноосновным.

Потенциалообразующий слой и ионная атмосфера в анионите с такой функциональной группой создаются при диссоциации иона гидроксила ОН^-.

Таким образом, катиониты подразделяются на сильнокислотные и слабокислотные, а аниониты – на сильноосновные и слабоосновные по способности функциональных групп ионитов к диссоциации и, следовательно, по способности к адсорбции ионов из раствора. Сильнокислотный катионит и сильноосновной анионит диссоциирует при любых значениях рН раствора и, следовательно, способны к обмену (адсорбции) из раствора всех ионов (катионов и анионов – соответственно). Слабокислотный катионит плохо диссоциирует в кислой среде и плохо адсорбирует ионы из раствора (в кислой среде). Слабоосновной анионит – создает слабое электрическое поле в щелочной среде и практически способен к адсорбции лишь анионов сильных кислот.

Такое деление ионитов на сильные и слабые можно сравнить с делением кислот и оснований на сильные и слабые.

Рассмотрим кислоту СН₃СООН (уксусная кислота). В воде кислота диссоциирует на ионы по уравнению

СН₃СООН«СН₃СОО^-+Н⁺

В состоянии равновесия

Логарифмируя, получим:

,

т.к. рН=-lgС_н+, рН=-lg К, то

или

. (1)

Если в состоянии равновесия большая часть исходной кислоты диссоциирована на ионы, то С_СН3СОО->С_{СН3СООН} и , т.е. рН-рК³0.

Таким образом, условием хорошей диссоциации кислоты является рН-рК³0.

Т.к. для СН₃СООН рК»5, то эта кислота достаточно полно диссоциировать будет при рН>5. При рН<5 кислота диссоциировать будет плохо, в растворе будет мало ионов Н⁺ и СН₃СОО^-.

Аналогично и для ионитов.

В катионите, содержащем функциональную группу (-СООН), диссоциация этой группы (и следовательно и способность катионита к адсорбции ионов из раствора) будет высокий, если рН-рК³0, где К – константа диссоциации ионита (гр. СООН в ионите). (Фун. гр. –СООН в катионите слабокислотная, если считать К_ионита»10^-5, то эта группа будет достаточно хорошо диссоциировать в воде лишь при рН³5. При обессоливании воды на ХВО и рН»2¸4, поэтому эта группа –СООН диссоциирует слабо и является поэтому слабокислотной.).

Для анионитов условие хорошей (достаточно полной) диссоциации выражается уравнением:

РОН-рК³0, т.е. 14-рН³0 или рН£14-рК.