|
Иониты. Основы ионного обмена - Гельферих Ф.Скачать (прямая ссылка):  Вначале теория не поспевала за быстрым развитием синтеза ионообменных материалов, и описать состояние ионообменного равновесия пытались с помощью эмпирических уравнений. Только постепенно приходило понимание основных физических факторов, определяющих это равновесие. Возникали теории, построенные на модельных представлениях и позволявшие предсказывать некоторые закономерности обмена ионов. В этом отношении получение ионитов на основе синтетических смол сыграло большую роль: появилась возможность систематического изучения влияния на обмен ионов различных факторов путем планомерного изменения природы ионита. В последние годы разработаны и совершенствуются различные теории, детально описывающие равновесие между ионитом и раствором. Эти теории подтверждаются экспериментальными данными. Следовательно, наши теоретические познания достигли достаточно высокого уровня. Однако составить наглядные и соответствующие истине представления здесь труднее, чем в какой-либо другой области. Состояние равновесия можно было бы описать методами термодинамики, однако строгая термодинамика по своей природе абстрактна. Поэтому достигнуть какой-то конкретности можно лишь вводя модельные представления. При этом выбор модели определяет не только форму, которую принимают теоретические уравнения, но и во многих случаях физический смысл этих уравнений. Этим объясняется возникновение на первом этапе исследований запутанных теоретических представлений и ожесточенных споров. В этой главе в первую очередь сделана попытка наглядно показать влияние различных факторов на ионообменное равновесие. При этом нельзя обойтись без специальных модельных представлений. Обсуждению вопроса предшествует обзор основных теоретических предпосылок. 5.1. Теоретические предпосылки и модельные представления Равновесие между ионитом и раствором может быть описано при помощи строгой термодинамики. Этот метод является общим и не требует никаких модельных представлений. Компонентами системы обычно выбираются: «резинат» — так называемая «соль» ионита с основными или кислотными 5.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 91 свойствами, растворенное вещество и растворитель. Форма, которую принимают уравнения, в значительной степени определяется выбором стандартного и исходного состояний. К важнейшим обобщениям такого рода мы еще вкратце вернемся (стр. 190). Строго термодинамическое описание является «правильным», но почти ничего не говорит о физических причинах, определяющих состояние равновесия. Его применение ограничивается тем, что введенные величины в большинстве случаев невозможно определить опытным путем независимо друг от друга, а теоретические расчеты требуют дополнительных предположений. Поэтому наиболее известные теории, основы которых изложены в следующих разделах, создавались с применением специальных модельных представлений. Любая ссылка на модель с определенными физическими свойствами означает отход от строгой термодинамики в узком смысле этого слова, но приводит к выводам о влиянии физических свойств модели на ее поведение. Чем совершеннее и сложнее модель, тем больше выводов можно получить с ее помощью. При этом появляется возможность определить величины, характеризующие состояние равновесия, исходя из независимых измерений определенных характеристик ионитов и из известных свойств растворителя и растворенного вещества. Но одновременно с этим ,такое описание все дальше отходит от общих соотношений строгой термодинамики и применимо лишь к тем системам, свойства которых достаточно точно воспроизводятся данной моделью. Первые исследования в этом направлении были проведены одновременно и независимо друг от друга Грегором [93] и Глюкауфом [89]. В качестве модели они использовали ионит, эластичная матрица которого растягивается при набухании и оказывает давление на жидкость, находящуюся в порах ионита (рис. 14). Упругие силы матрицы определяют не только величину набухания, но также влияют и на ионообменное равновесие. В качестве компонентов системы в этом случае лучше всего выбрать следующие: матрицу с фиксированными ионами, подвижные ионы и растворитель*. Для физической интерпретации выводов, которые позволяет сделать модель, существенно, рассматриваются ли сольватные оболочки как одно целое с ионами или они отнесены к растворителю (ср. стр. 109, 142 и 156). В соответствии с этой моделью силами, определяющими состояние равновесия, являются разность осмотических давлений внешнего раствора и жидкости, находящейся в порах ионита, а также силы сжатия пружин. В модели Грегора учитывается влияние упругих сил матрицы, что позволяет объяснить некоторые закономерности, найденные для простых систем. Однако эта модель непригодна для объяснения механизма резко выраженной селективности и некоторых других аномалий, которые наблюдаются довольно часто и обычно указывают на образование химической —лглтлр— м —(0) © ® Объемы © Объемы Q юр q растбора —иииииии— Рис. 14. Модель Грегора. Вследствие разности осмотических давлений в растворе и жидкости в порах растворитель внедряется в поры. Объем пор увеличивается, и при этом растягиваются эластичные пружины, которые соответствуют каркасу ионита. (По данным Грегора [93]).
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
