Неорганические ионообменники:

Различают неорганические и органические ионообменники. Природные минеральные ионообменники представляют собой, как правило, кристаллические алюмосиликаты (наиболее важными представителями этой группы являются цеолиты).

Синтетические неорганические ионообменники получают на основе алюмосиликатов. Этот тип ионообменников называют пермутитами, их состав отвечает общей формуле Al₂О₃-nSiО₂-mNa₂О-pH₂О.

При определении следов элементов часто используют ионообменную целлюлозу и синтетические неорганические ионообменники на основе чистых соединений вольфрамат, молибдат циркония, оксиды Zr (IV), Th (IV), Ti (IV) и Sn (IV)).

После освоения производства синтетических ионообменных органических смол сфера применения неорганических ионообменников существенно сократилась.

Синтетические органические ионообменники пред­ставляют собой продукты полимеризации и поликонденсации непредельных органических соединений, содержащих кислотные (-SO₃H, -COOH, -ОН и др.) или основные (- N(CH₃)₃ ⁺, - NH₃ ⁺, =NH₂ ⁺ и др.) группы. Ио­нообменники с кислотными группами способны обменивать катионы и называются катионообменниками (катиониты). Сорбенты с основными группами обменивают анионы — это анионообменники (аниониты). Амфолиты - иониты, содержащие закрепленные кислотные и основные группы и в определенных условиях выступающие либо как катиониты, либо как аниониты.

Ионообменники можно приготовить в виде мелкозернистого порошка, волокон, тканей, мембран и бумаги, макропористых гранул. Ино­гда мелкие зерна сорбентов вносят в массу какого-либо инертного материала (так называемый наполненный сорбент) или наносят сорбент в виде тонкого слоя на поверхность шарика из другого материала.

Сорбция ионов происходит в результате их диффузии внутрь частиц смолы, а также адсорбции и электростатических взаимодействий. Таким об­разом, селективность сорбции ионов одного и того же заряда, возможно, бу­дет определяться преобладающим типом сорбции. Следовательно, при доми­нировании электростатических взаимодействий селективно сорбироваться будут ионы, характеризующиеся высоким отношением заряда к радиусу сольватированной формы иона. При сорбции легко поляризующихся ионов ион с большим радиусом будет обладать более высокой обменной способно­стью. Если размеры ионов отличаются друг от друга, то разделение может основываться на различной способности проникновения ионов в структуру ионообменника.

СЛАЙД 16

Ионообменный процесс можно представить следующими уравнениями:

2R-SO₃H + Ca²⁺ = (R-SO₃)₂Ca + 2H⁺ (катионныйобмен)

2R-N(CH₃)₃C1+SO₄^2- = [R-N(CH₃)₃]₂SO₄+2Cl^-(анионныйобмен)

В общем виде равновесие можно написать, например, для катионного обмена

R^-(X)⁺ +Y⁺ = R^-(Y)⁺+X⁺

тогда константа обмена будет иметь вид

K = [(Y⁺)][X⁺] / [(X)⁺][Y⁺]

Известно несколько подходов к описанию ионообменных равновесий. Наиболее часто используются теоретические концепции, базирующиеся на применении закона действующих масс или мембранного распределения. Оба подхода к описанию ионообменного равновесия не являются строгими.

С практической точки зрения необходимо признать, что ионный обмен не очень селективный процесс. Чаще разделение на ионообменниках прово­дят путем изменения форм нахождения ионов в растворе, варьируя рН рас­твора или вводя комплексообразующие вещества, связывающие ионы в ком­плексы. Например, в щелочных растворах на анионообменниках алюминии, который в этом растворе существует в виде комплекса А1(ОН)₄, можно от­делить от щелочно-земельных элементов. Из солянокислых сред Ni(II), Al(III), Y(III), Th(IV) не сорбируются анионообменниками, поскольку они не образуют анионных хлоридных комплексов, тогда как большинство ме­таллов сорбируется, проявляя значительные различия в величинах констант обмена.

Ионообменники применяют для сорбции микроэлементов и для погло­щения матричных элементов. Их применение нередко затрудняется необхо­димостью иметь дело с большими объемами растворов. Однако при работе с микроколонками они достаточно широко используются во многих лаборато­риях для извлечения микроэлементов.