13.6. Күшті электролиттердің адсорбциясы
Бейэлектролиттерді сорбциялау үшін органикалық және бейорганикалық иониттер жиі қолданылады. Иониттердің полярлы топтары иониттердің полярлы газдар мен еріткіштерге деген таңдамалдағын қамтамасыз етеді. Күшті электролиттердің иониттердегі адсорбциясының өзгешеліктері бар.
Ионит пен электролит ерітіндісінің (қарсы иондары бірдей) тепе-теңдігін қарастырайық. Мұндай жүйеде ион алмасу жүрмейді. Ионитте электролит молекуласы толық, яғни қарсы ион мен коион адсорбцияланады, себебі электрбейтараптылығы сақталу керек. Онда электролиттің таралу заңын келесі күйде жазуға болады:
, (13.4)
мұндағы , а – беттік қабаттағы және ерітіндідегі электролиттің активтіліктері; - электролит иондарының активтіліктері мен стехиометриялық коэффициент-тері. Бұл теңдеуді Доннанның мембраналық тепе-теңдік теңдеуі немесе доннандық тепе-теңдік теңдеуі деп аталады. Егер таралатын электролит бір-бір валенттік болса, активтілік коэффициенттерін ескермей
(13.5)
теңдеуін аламыз. Мұндағы - ерітіндідегі электролиттің орташа иондық активтілігі, электролиттің адсорбциясына дейінгі иониттегі қарсы иондардың концентрациясы, немесе иониттің сыйымдылығы; электролиттің ионит бетіндегі және ерітіндідегі концентрациясы. Бұл теңдеу таралу коэффициентіне қатысты келесі түрде жазылады:
. (13.6)
Осы теңдеу бойынша, ионит сыйымдылығының артуымен және электролит концентрациясының азаюымен электролиттің таралу коэффициенті кемиді. Сұйытылған ерітіндімен тепе-теңдікте болатын иониттің құрамында коиондар жоқ, яғни сұйытылған ерітінділерден күшті электролиттер ионитте адсорбцияланбайды деуге болады. Мұндай жағдайдан келесі қорытынды шығады: иониттерден тек қарсы иондар өтеді, яғни ион алмастырғыш материалдарды жеке иондарға қатысты жартылай өткізгіш мембрана ретінде қарастыруға болады.
Жартылай өткізгіш мембрана дегеніміз ерітіндінің бір компоненттері өтіп, басқалары өтпейтін меншікті беттік ауданы үлкен үлдір не табақша. Иониттік мембрана дегеніміз диссоциацияланатын функционалды топтары бар ерімейтін полиэлектролит, ол қарсы иондарды өткізеді. Мембрана ретінде иониттің түйіршіктері де қолданылады.
Мембрананы электролит ерітіндісіне енгізсе, мембраналық потенциал пайда болады. Иондардың ерітіндідегі және мембранадағы активтіліктері әртүрлі болғандықтан, олар теңесуге тырысады. Сонымен қатар ерітінді мен мембранадағы аниондар мен катиондар электрбейтараптық шартымен байланысқан, сондықтан фазалардың шекарасында электрлік потенциал пайда болып, иондардың диффузиясын теңестіріп, тепе-теңдікке әкеледі. Тепе-теңдік шарты бойынша, фаза-лардағы электрхимиялық потенциалдар теңесу керек:
, (13.7)
мұндағы ионның мембрана мен ерітіндідегі химиялық потенциалы; фазалардағы ионның электрлік потенциалдары.
Немесе,
, (13.8)
мұндағы мембрана мен ерітіндідегі қарсы иондардың активтіліктері; ЕД – Доннан потенциалы деп аталатын мембрана мен ерітінді потенциалдарының айырымы.
Активтілік коэффициенттерін ескермесек,
. (13.9)
Мембрана арқылы бөлінген екі электролит ерітінділерінің арасындағы потенциалдар айырымын потенциалдардың мембраналық айырымы деп атайды.
Достарыңызбен бөлісу: |