Иондардың алмасу адсорбциясы.

Егер адсорбент бетінде электролит адсорбцияланғ ан болса, ондай адсорбенттерге басқ а электролит жанасқ анда алмасу адсорбциясын байқ ауғ а болады. Ә рине алмасу адсорбциясы болу ү шін ерітіндідегі иондардың сорбентке адсорбциялану ынтық тылығ ы бұ рынғ ы адсорбцияланғ ан иондарғ а қ арағ анда басым болуы керек. Алмасу адсорбциясы дұ рысырақ айтқ анда сорбенттің қ ос электрлік қ абатымен ерітіндінің арасында болады. Алмасу адсорбциясы кезінде қ ос электрлік қ абатқ а қ анша ион енсе, сонша ион ерітіндіге ө теді. Ә рине адсорбцияланғ ан ион мен ерітіндіге бө лінген иондардың таң балары бірдей болады.

Адсорбентке адсорбцияланғ ан иондармен тек басқ а текті иондар ғ ана емес, адсорбенттің молекулалары диссоциацияланатын жағ дайдағ ы пайда болатын иондар да алмаса алады.

Алмасу адсорбциясының кө птеген ерекшеліктері бар. Соларғ а қ осымша жеке-жеке тоқ талғ анымыз жө н.

Біріншіден, алмасу реакциясының арнаулы бағ ыты болады, яғ ни белгілі бір иондар ғ ана алмаса алады. Басқ аша айтатын болсақ, алмасу адсорбциясына қ атты фазаның табиғ аты оның электрлік қ абатының қ ұ рылысының жә не адсорбцияланатын иондардың табиғ атының ә серлері ө те кү шті. Адсорбенттердегі адсорбцияланғ ан иондар мен ерітіндідегі олармен алмаса алатын иондардың химиялық табиғ атына байланысты адсорбенттерді екі топқ а бө луге болады: қ ышқ ылдық жә не негіздік деп.

Қ ышқ ылдық адсорбенттер қ ышқ ылдар сияқ ты ерітіндіде иондарғ а катиондарын ғ ана алмастырады, ал негіздік адсорбенттері негіздерге ұ қ сас тек аниондарды ғ ана алмастырады. Кө птеген амфотерлік адсорбенттер де болады, олар белгілі бір жағ дайда катиондарын алмастырса, басқ а бір жағ дайларда аниондарын ғ ана алмастырады. Алмасу адсорбциясының осы ерекшеліктері табиғ аты жағ ынан химиялық қ ұ былысқ а (реакцияғ а) жақ ын екенін кө рсетеді.

Екіншіден, алмасу адсорбциясы барлық жағ дайда қ айтымды болмайды.

Ү шіншіден, алмасу адсорбциясы молекулалық адсорбциядан баяу жү реді. Егер адсорбенттің бетіндегі емес кө лем ішіндегі иондары алмасуғ а тү ссе, онда алмасу адсорбциясы одан да баяу жү реді.

Тө ртіншіден, алмасу адсорбциясы кезінде ортаның рН-ы ө згеруі мү мкін. Ә рине бұ л, егер адсорбенттің иондарымен алмасатын иондар сутек, иә гидроксиль иондары болғ ан жағ дайда болады. Егер адсорбент басқ а катионғ а сутек ионын алмастырса, ортаның рН-ы азаяды, керсінше басқ а анионғ а гидроксиль ионын алмастырса, ортаның рН-ы кө бейеді. Бұ ларды сұ лбалық тү рде былайша кө рсетуге болады:

Алмасу адсорбциясы кезінде қ атты дене бетіндегі алмасатын иондарды (1 жә не 2 ион) сан жағ ынан Б.П.Никольский (1939 ж) тең деуімен сипаттауғ а болады:

бұ ндағ ы g₁ жә не g₂ адсорбенттегі алмасатын иондардың мө лшері, г-экв/г.

жә не - ерітіндідегі алмасатын иондардың активтіліктері.

Z₁ жә не Z₂ - иондардың валенттілігі. К-тұ рақ ты шама.

Егер Z₁ =Z₂ = 1 болса, онда бұ л тең деуді былайша жазамыз:

g₁/ g₂ = К¹()

Егер электролиттің концентрациясы аз болса, онда активтілік () орнына электролиттің концентрациясын қ оюғ а болады:

g₁/ g₂ = К¹(с₁/с₂)

Алмасу адсорбциясының егін шаруашылығ ы мен биология жә не техникада маң ызы зор. Топырақ ө зінің бойына белгілі бір иондарды ғ ана жұ тып ұ стай алады. Ө сімдіктерге қ ажет тың айтқ ыштардың қ ұ рамында болатын К⁺ жә не NH₄†катиондарын топырақ ө з бойында жақ сы ұ стайды. Бұ л иондардың орнына топырақ ө з бойынан Са⁺⁺ жә не Мg⁺⁺ катиондарын бө леді. Кейбір Cl^-, NO₃^-, SO₄^2- сияқ ты иондар топырақ та тіпті жұ тылмайды. Бұ л жө нінде толық мә ліметтер К.К.Гедроцудың (1983ж.) ең бектерінде кө рсетілген. Техникада да алмасу адсорбциялары кө п жағ дайларда қ олданылады. Мысалы мақ та маталарын бояу ү шін қ олданылады. Бояу кезінде олар бояудың тү сті катиондарын сің іріп алып, техникалық ү дерістер кезінде ө здерінің бойында болатын Са⁺⁺ катионын бө ліп шығ арады.

Алмасу адсорбциясы кермек суларды жұ мсату мақ сатына кең інен қ олданылады. Кермек сулардың қ ұ рамында болатын Са⁺⁺ жә не Mg⁺⁺ иондары суды техникада қ олдануды зиянды ететіні бізге белгілі. Сабындар кермек суда Са мен Mg-дің қ осылыстарына айналып суда ерімейді де, оның ү стіне ө здерінің жуғ ыштық қ асиетін жоғ алтады. Кермек суда пісірілген тамақ дә мсіз жә не қ атты болады, т.б. кермек судың тұ рмыста зиянды болатынын кө рсететін мысалдар кө п. Міне осындай кермек суларды жұ мсарту ү шін Ганс алюмосиликаттық сорбентті пайдалануды ұ сынды. Оны Ганс пермутит деп атады. Пермутиттің формуласын былайша кө рсетуге болады:

Na₂O·Al₂O₃·3SiO₂·Н₂О

Кермек суды пермутит арқ ылы жұ мсатуғ а сұ лбалық тү рде былай жазуғ а болады.

Соң ғ ы кездерде суды жұ мсарту ү шін пермутиттің орнына табиғ и минералдар- глаукониттер жә не жасанды тү рде алынатын ионалмастырғ ыш шайырлар қ олданылады. Ионалмастырғ ыш шайырлар жө нінде Ү МҚ химиясында толығ ырақ айтылады. Ионалмастырғ ыш шайырларды иониттер деп те атайды. Егер адсорбент шайырлар катиондарын алмастыратын болса, катиониттер, ал аниондарын алмастырса аниониттер деп аталады. Кә дімгі суда катиониттер мен аниониттер салынғ ан ерекше сү згілер арқ ылы ө ткізіп оларды еріген электролиттерден тазартып, тазалығ ы жағ ынан диссоциацияланғ ан судай су алуғ а болады. Оны сұ лбалық тү рде тө мендегідей кө рсетуге болады:

Бұ л ү деріс кезінде иониттеріміз ө здігінен регенерацияланатын болғ андық тан суды осылай тазарту ө те қ олайлы тиімді, ә рі арзанғ а тү седі. Алмасу адсорбциясы басқ а жолмен алу қ иын болатын ө те сұ йылтылғ ан ерітінділерден керекті затымызды жиып алуғ а қ олданылады. Осы жолмен мысалы, кү місті жә не кө птеген радиоактивті металдарды ерітінділерден шығ арып алуғ а болады. Алмасу адсорбциясы аналитикалық химияда ерітінділерді титрлеу кезінде эквиваленттік нү ктені табу ү шін қ олданылады.

Алмасу адсорбциясының ө мірде қ олдануы тек жоғ ары айтылғ ан мысалдармен шектеліп қ оймайды, оларды практикада қ олдану жылдан-жылғ а кең інен тарап келеді.