Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Ионные равновесия в водных растворах

Таланов В. М., Житный Г. М.,

2.2.4. Ионный обмен и кислотность раствора

В этом случае на равновесие ионного обмена (58) накладывается равновесие с переносом протона (кислотно-основное), что может кардинально изменить конечный результат процесса.

Предположим, что катионит сульфонатного типа (сильнокислотный) в Н⁺-форме находится в соприкосновении с раствором, содержащим катионы Li⁺:

. (60)

Равновесие (60) сдвинуто влево, т.к. катионы Н⁺ имеют бóльшее сродство к иониту, чем Li⁺ (см. ряд селективности для сильнокислотных катионитов).

Если же раствор содержит частицы, способные присоединять протон, т.е являющиеся основанием, то наряду с равновесием ионообмена, в жидкой фазе (раствор) установится кислотно-основное равновесие. Пусть литий был введен в раствор в виде ацетата. Тогда в растворе имеем равновесие:

(61)

Таким образом, концентрация ионов водорода будет уменьшаться, в результате равновесие (60) начнет смещаться вправо, т.е. фиксированные катионитом ионы Н⁺ будут переходить в раствор, а их место будут занимать катионы лития.

Суммарное уравнение процесса, складывающееся из равновесий (60) и (61), имеет следующий вид:

(62)

Чтобы оценить, насколько сильно это равновесие сдвинуто вправо, и, следовательно, насколько эффективной будет фиксация Li⁺ катионитом, необходимо вычислить константу равновесия процесса:

.

Это означает, что в 10^4,7 больше, чем для равновесия (60), т.е. процесс (62) практически необратимо будет протекать в прямом направлении.

Возьмем другой пример.

Пусть имеется катионит в -форме, через который пропускается раствор, содержащий катионы Na⁺. Поскольку Na⁺ имеет меньшее сродство к катиониту, чем , то равновесие

(63)

практически полностью сдвинуто влево. Однако если Na⁺ вводить в раствор в виде щелочи, то на равновесие (63) накладывается равновесие

,

из которого следует, что концентрация катионов аммония в растворе будет снижаться, что повлечет за собой десорбциюс переходом их в раствор (равновесие (63) смещается вправо) с одновременной фиксацией Na⁺ на катионите. Суммарное равновесие выражается уравнением:

.

Здесь тоже, как и в предыдущем примере, константа равновесия суммарного процесса в 10^4,8 раза больше, чем для равновесия (63).

Из изложенного следует практический вывод: чтобы повысить эффективность ионного обмена, следует удалять из раствора ионы, которыми был заряжен ионит перед проведением операции ионообмена.