химический каталог




Физическая химия

Автор Б.П.Никольский, Н.А.Смирнова, М.Ю.Панов, Н.В.Лутугина и др.

9), выражающие условия ступенчатого равновесия, и (XI. 20) —условия материального баланса в фазе ионита, можно получить выражения для экспериментально определяемых л?в и ка:

П

XBk{ + 2X\k{k2 + ... + nXl П ki

1 i=i

1 + xbkx + x\\kxk_ + ... + х[\ П ki

п "1 (XI. 21)

kx + 2XBkfa + ЗЛТ^^^з + nXg-1 JJ ki

K ___

n + (n - 1) *Bfc, + {« - 2) X\kxk2 + ... + ^"'П где XB = xBJ(l -*B).

Важная особенность MCO, следующая из физических посылок модели, — принципиальная допустимость любых последовательностей значений ступенчатых констант обмена:

ki > k2 > k3 > ... > kn; k\ < k2 < k3 < ... < i — kВ соответствии с уравнением (XI. 21) первой последовательности должно отвечать уменьшение ка с ростом л?в, а второй и третьей — увеличение КА с ростом *в. При определенных соотношениях значений ki и при условии, что п ^ 3, возможны экстремальные значения каВ заключение следует отметить, что важную роль в осмыслении природы селективности ионного обмена сыграли развитые в 50-е гг. модельные представления, построенные на аналогиях системы ионит — раствор с уже изученными ранее системами: осмотическими ячейками, мембранным равновесием (Бауман и Эйхгорн, Грегор), концентрированными растворами электролитов (Глюкауф), растворами линейных полиэлектролитов (Райе и Гаррис, Качальский).

XI. 3. ОБМЕН ИОНОВ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Практическое применение ионный обмен и иониты нашли при решении таких важных задач, как обессоливание, замена одного иона на другой (ионообменный синтез), разделение сложных смесей с целью очистки, анализа или препаративного выделения тех или иных веществ (ионообменная хроматография).

Обмен ионов проводят, как правило, в динамических условиях, которые обеспечивают более полное протекание процесса замещения, чем статические условия. Для этой цели используют колонки, заполненные зерненым ионитом. Через колонку фильтруют раствор до «проскока» поглощаемых ионов или до полного насыщения слоя ионита ими. Поглощенные ионы затем могут быть вымыты — элюированы — из колонки подходящим вытеснителем— элюентом. Рассмотрим простейший случай работы ионообменной колонки: через слой ионита, насыщенного проти-воионами А+, фильтруется раствор, содержащий ионы В+ такого же заряда. При прохождении первых порций раствора в верхнем слое происходит обмен ионов А+ на ионы В+ и обедненный ионами В+ раствор движется вниз; в это же время свежие порции раствора поступают в верхнюю часть колонки. Оставшиеся в протекающем растворе ионы поглощаются следующим слоем, и вытекающий раствор содержит только ионы А+ в концентрации, равной исходной концентрации фильтруемого раствора, благодаря эквивалентности обмена.

В результате прохождения некоторого объема раствора верхняя часть колонки (рис. XI. 3) полностью насыщается ионами В+ — верхняя зона); в средней части колонки ионит содержит одновременно ионы А+ и В+ — переходная зона, а нижняя часть остается насыщенной только ионами А+ — нижняя зона. При дальнейшем протекании раствора переходная зона, двигаясь вдоль колонки, образует фронт — область, где концентрация ионов В+ более или менее резко уменьшается до нуля. Фронт называют острым, если концентрация ионов в этой зоне меняется резко — от некоторого конечного значения до нуля. Ширина переходной зоны характеризует остроту фронта ионов В+, которая определяется состоянием равновесия и кинетикой ионообменного процесса. Зоны могут быть симметричными и несимметричными (один фронт размыт, другой — острый). Форма зоны определяется характером равновесного распределения ионов между фазами ионита и раствора. Влияние равновесного фактора на остроту фронта переходной зоны связано с типом изотермы обмена, т. е. зависимости концентрации иона в ионите от концентрации его в растворе (см. рис. XI. 2).

Тип изотермы определяется селективностью ионита, количественным выражением которой является константа обмена КВ-а. В простейшем случае (рис. XI. 2, а) изотерма обмена может быть линейной (КВ-А=1), выпуклой (Кв-д <. 1) или вогнутой

о о О О

о о о о

о о о о

о о о •

•А-о • о

• о • •

• • • •

• • • •

• • • •

Рис. XI. 3. Схема процесса обмена иоиов в колонке.

Верхняя зона

Переходная зона

Нижняя зона

(Кв-а > 1) относительно оси абсцисс. Вогнутая относительно оси абсцисс изотерма (КЗ-А > 1) означает, что ионы В+ более избирательно поглощаются иони-том по сравнению с ионами А+. В этом случае фронт ионов В+ становится резким, поскольку те ионы В+, которые оказываются впереди фронта, сразу же задерживаются ионитом за счет повышенной избирательности ионита к ним. В случае выпуклой изотермы обмена (Кв-а <. <. 1) ионит обладает большей избирательностью к ионам А+ по сравнению с ионами В+, в результате чего фронт ионов В+ постепенно размывается, т. е. переходная зона расширяется.

Если вести процесс так, чтобы скорость обмена была достаточно высокой, т. е. переходная зона находилась бы как можно ближе к равновесному состоянию, то работа ионообменной колонки однозначно может определяться ионообменным равновесием. Достижению последнего способствуют малые размеры зерен ионита, низкая скорость протекания раствора, повышенная температура. В общем случае при полном описании работы ионообменной колонки нужно учитывать кинетику ионообменного процесса и продольную диффузию (диффузия в направлении оси колонки). Разработка теории процессов в проточных колонках— достаточно сложная задача, и в настоящее время имеются только приближенные методы расчета работы ионита в динамических условиях.

Экспериментальными характеристиками работы ионита в динамических условиях являются выходные кривые, показывающие графическую зависимость концентрации компонентов в фильтрате от объема прошедшего через колонку раствора. Для получения выходных кривых раствор пропускают с заданной скоростью через колонку, отбирают равные объемы фильтрата (с помощью автоматического коллектора или вручную) и в них определяют концентрации соответствующих компонентов (ионов). В качестве примера рассмотрим выходные кривые для процесса обмена ионов А+ на ионы В+. При этом раствор электролита (например, NaCl) пропускают с постоянной скоростью через колонку с ионитом (катионитом), насыщенным ионами А+ (например, Н+). На рис. XI. 4 изображены получаемые для этого процесса выходные кривые. По оси ординат отложена концентрация ионов А+ и В+, по оси абсцисс — объем v пропущенного через колонку раствора. Как видно из рис. XI. 4, проскок иона В+ — появление в фильтрате иона-вытеснителя — наступает в точке G, затем кривая в соответствии с равновесными и кинетическими характеристиками процесса круто или полого поднимается вверх, и полное вытеснение ионов А+ наступает в точке

Рис, XI. 4. Выходные кривые при обмене двух ионов Л — В.

Г) *. Вследствие эквивалентности

процесса обмена ионов А+ и В- выходные кривые для обоих ионов

симметричны. Выходная кривая любого иона позволяет графически

—1 ^~ определить динамическую обменную емкость ионита до проскока и

до полн

страница 202
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261

Скачать книгу "Физическая химия" (6.95Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
клей для пенобетона морозостойкий
Межкомнатная дверь Profildoors 21U
замки agb для межкомнатных дверей
http://www.kinash.ru/etrade/goods/brand/36734/city/Iaroslavl.html

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(29.06.2017)