Иониттердің негізгі физика-химиялық сипаттамалары
Иониттердің сапасын көрсететін негізгі қасиеттерге сыйымдылығы, қышқылдық-негіздік қасиеттері, таңдамалдығы, ісіну қабілеті, химиялық тұрақтылығы, механикалық беріктігі жатады.
Сыйымдылық деп иониттің қарсы иондарды алмастыру қабілетін атайды. Сыйымдылық иониттегі ионогенді топтардың санымен анықталып, бірқатар жағдайға байланысты. Статикалық алмасу сыйымдылық (САС) пен динамикалық алмасу сыйымдылықты (ДАС) ажыратады.
Статикалық алмасу сыйымдылық дегеніміз – құрғақ иониттің салмақ бірлігіндегі немесе ісінген иониттің көлем бірлігіндегі ионогенді топтардың жалпы санын (милли-эквивалент) көрсететін толық сыйымдылық.
Табиғи иониттердің статикалық алмасу сыйымдылығы – 0,2-0,3 мэкв/г мөлшерінен аспайды. Синтетикалық ион-алмастырғыш шайырлар үшін САС 3-5 мэкв/г аралықта жатып, кейде 10,0 мэкв/г-ға жетеді.
Динамикалық немесе жұмысшы алмасу сыйымдылығы деп технологиялық жағдайда қолданылатын ионогенді топтардың бөлігін атайды. Ол колонканың өлшемдері мен қозғалу жылдамдығына тәуелді және әрқашан статикалық алмасу сыйымдылығынан аз болады.
Қышқылдық-негіздік қасиеттері бойынша, иониттерді:
күшті қышқылды катиониттер (– SO3-);
әлсіз қышқылды катиониттер (– OH, – COOH, – SiOH);
әлсіз негізді аниониттер (– NH2, = NH, ≡ NH);
күшті негізді аниониттер ;
жартылай функционалды иониттер (амфолиттер) деп бөледі.
Иониттердің қышқылдық-негіздік қасиеттері қышқылдық-негіздік тепе-теңдігімен сипатталады.
Мысалы катионит үшін диссоциация константасы
,
мұндағы - диссоциаланған, - диссоциацияланбаған функционалды топтардың активтіліктері (концентрациялары) (H+) - ерітіндідегі сутек иондарының активтіліктері (концентрациялары).
Күшті қышқылдық-негіздік қасиеттері бар иониттердің сыйымдылығына ерітінділердің рН-ы әсер етпейді. Әлсіз қышқылды катиониттердің максималды сыйымдылығы жоғары рН, ал әлсіз негізді үшін – төмен рН мәндерінде орын алады.
Иониттердің ерекше қасиеттерінің бірі – құрғақ иониттің ерітіндімен әрекеттескендегі ісіну қабілеті. Әсіресе синтетикалық ион алмастырғыш шайырлар жақсы ісінеді. Иониттердің судағы ісінуінің негізгі себепкері – гидрофильді функционалды топтар. Бір қалыпты ісіну иониттің ионогенді топтарының жұмыс істеуін қамтамасыз ететін қолайлы фактор. Ісінудің сандық көрсеткіші ретінде ісіну дәрежесі алынады. Ісіну дәрежесі ісінген және құрғақ иониттің көлемдер айырымының құрғақ иониттің салмағына қатынасы арқылы анықталады. Үш өлшемді құрылымды тордың серпімділік күштері ісінуге кедергі жасайды. Тігілу дәрежесінің өсуімен мұндай күштер артады. Үлкен алмасу сыйымдылығы, қарсы иондардың гидраттануы және ерітіндінің сұйылуы ісінуге қолайлы. Бейорганикалық иониттер аз ісініп, еріткішті кристалдық құрылымның бос кеңістіктерінде ұстап қалады.
Ісіну органикалық иониттердің кинетикалық сипаттамаларына тікелей байланысты: ол ион алмасудың жылдамдығын арттырады. Ион алмасу кинетикасының талқылауында процестің бес сатысын қарастырады:
а) адсорбцияланатын иондардың ерітіндіден ионит бетіне қарай диффузиясы;
ә) ионит түйіршіктеріндегі диффузия;
б) ион алмасу;
в) алмасқан иондардың бетке қарай диффузиясы;
г) ионит бетінен ерітіндіге қарай диффузиясы.
Ең баяу жүретін саты иониттегі иондардың диффузиясы, осы саты ион алмасудың жылдамдығын анықтайды. Ерітіндідегі диффузияны алмастыру арқылы күшейтіп, гранула ішіндегі диффузия жылдамдығын, оның өлшемдерін азайту және температураны өсіру арқылы арттыруға болады. Ион алмасу жылдамдығын өсіру үшін синтез кезінде полимердің тігілу дәрежесін азайтады. Сонымен қатар иониттерге макрокеуекті құрылым береді, ол үшін синтез кезінде еріткіштер енгізіп, пайда болған кеуектерден кейін жуып ығыстырып шығады. Иониттер мен алмасатын иондардың табиғатына және концентрациясына қарай ион алмасу тепе-теңдігі бірнеше минуттан бірнеше тәулікке дейін уақытта орнатылуы мүмкін.
Иониттердің маңызды көрсеткіштері – химиялық тұрақтылығы мен механикалық беріктігі. Тәжірибелік жағдайлар үшін бағалы сипаттама – қышқылдар, сілтілер және тотықтырғыштардың әсеріне қарсы тұрақтылық. Мұндай заттардың ықпалынан ионит құрылымы бұзылуы мүмкін. Химиялық тұрақтылықты алмасу сыйымдылықтың өзгеруінен анықтайды. Ионалмастырғыш шайырлардың ішінде поликонденсацияланған шайырлар тұрақсыз болып, олардан да бейорганикалық иониттер қышқылдар мен сілтілердің әсеріне тұрақсыз болады. Сонымен қатар, олар радиациалық тұрақтылықты көрсетеді.
Достарыңызбен бөлісу: |
