Adszorpció folyadékelegyekből 2. Elektrolit oldat • Bonyolultabb, mert min. 3 komponens van: anion, kation és oldószer. • Általában 5 komponens: anion, kation, oldószer-anion, oldószer-kation, disszociálatlan oldószer.
Elektrolit adszorpció fajtái: •
ekvivalens adszorpció: az ionok sztöchiometrikus arányban kötődnek
•
nem ekvivalens adszorpció: valamelyik ion adszorpciója preferált • szelektív • csere
adszorpció
Az adszorbens-adszorptívum pártól függ
Adszorbensek fajtái: apoláros = hamumentes aktív szén poláros: • savas (negatív töltésű) pl. kvarc • bázisos (poz. töltésű) pl. Al2O3 • amfoter (töltése pH függő) pl. gyapjú • semleges (ionos, de nem disszociál) pl. AgCl
1. Ekvivalens adszorpció • apoláros adszorbenseken • ionkristály + sajátion nem jön létre kettősréteg
2. Szelektív adszorpció (nem ekvivalens 1. típus) • poláros adszorbensen kettősréteg alakul ki 1. Paneth-Fajans szabály: saját ion, rokon ion, csapadékképző ion köt legerősebben 2. H+ és OH- köt legerősebben 3. vegyértékűség szabálya: nagyobb vegyértékű köt erősebben 4. liotróp sorok szabálya: a kevésbé hidratált köt erősebben
3. Csereadszorpció (nem ekvivalens 2. típus) • poláros semleges adszorbens
adszorbeált
rétegével
• poláros savas • poláros bázisos • amfoter
ha a felület disszociál
Ioncsere, ha a vázszerkezet belsejében is vannak disszociábilis ionok.
Vázszerkezet, belsejében disszociábilis kis ionokkal
ioncserélő műgyanta-gyöngyök
Fajtái: kationcsere: R-X+ + K+A- = R-K+ +X+Aanioncsere: R+ Y- + K+A- = R+A- +K+YR gyanta K kation A anion X v. Y ellenion, az adszorbenssel ellentétes töltésű koion, az adszorbenssel azonos töltésű
Víztisztító berendezés vázlata (különágyas, tehát külön anion- és kationcserélő oszlopa van.
Működtetés: S Kationcserélő oszlop csapvíz
Anioncserélő oszlop ioncserélt víz
duzzasztás
regenerálás
víztermelés
ioncserés sótalanítás
Laboratóriumi ioncserélő berendezés
Tengervíz sótalanítása ioncserélővel
Ioncserélő belső szerkezete: a térszerkezet belsejében is lecserélhetők az ionok. Az ábrán egy kationcserélő látható, az anionok rögzítettek, a kationok cserélhetők.
Arisztotelész 330 BC.: a tengervíz elveszíti sótartalmát ha bizonyos talajokon átszűrik. H. S. Thompson 1845: ha trágyát halajon átszűrnek, az az ammóniát kiszűri belőle H. S. Thompson, J. T. Way1848–1852: A talajok ioncserélő tulajdonsága a zeolit tartalmukkal van összefüggésben. H. Eichorn 1858: Az agyagásványok és zeolitok ion-adszorpciója reverzibilis. R. Gans 1905: Zeolitokkal lágyítani lehet a kemény vizet. Ugyanezt aranynak a tengervízből való kivonására is használta. A. Bahrdt 1927: Az első ioncserélő analitikai oszlop. B. A. Adams, E. L. Holmes 1934–1935: Az első szintetikus ioncserélő.
A zeolitok alumíniumszilikátok, általános képletük: X(Al,Si)O3×n(H2O). Ahol X lehet: Na, Ca, Li, K, Ba, Mg, Sr. és a H2O tartalom is változik. Hevítés után lyukacsos szerkezetűvé válnak.
Ioncsere szerepe: • csapadékképződési reakcióknál • szűrési műveleteknél (hamumentes szűrőpapír) • adszorpciós indikátorok használata • ruhafestés pH-függő (savas közegben a szál kationossá válik, jobban köti az anionos festéket, rögzítése semleges mosással)
• termőtalajok szerkezete a szilikátásványoktól függ (Ca ion nedves helyen lecserélődik H ionra, savanyodik. Száraz helyen Na ionra cserélődik, szikes lesz.) • vízlágyítás • bakelit (hanglemez) vízlágyító (Adams, Holmes, 1935)
• ionszelektív elektródok • zeolit ásvány (alkáli- és/vagy alkáliföldfémalumínium-hidroszilikát) természetes ioncserélő • mosóporok vízlágyítói, nátrium-tripolifoszfát (Na5P3O10) komplexképzők voltak, ma ioncserélők • kromatográfiás elválasztások • abrosz megsózása vörösbor kiöntésekor: az ionos adszorbens (só) jobban köti az ionos festéket, valamint visszaszorítja a színezék disszociációját, ezáltal az rosszabbul kötődik a szövethez
Só titrálási reakciója: NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3 Az egyenérték pont előtt Cl ion felesleg van az oldatban, ez a csapadék sajátionja, adszorbeál a csapadékszemcsékre, a felület negatív töltésű. Az egyenérték pont után sajátionként csak a hozzáadott Ag ion van jelen, ez adszorbeál a csapadékszemcse felületére. A felület áttöltődik, pozitív lesz. A pozitív felülethez az indikátor anionja adszorbeálni tud, ezáltal a disszociációs egyensúlya eltolódik, színe megváltozik.
végpont előtt
végpontban
indikátor anionjának adszorpciója
Titrálás fluoreszcein indikátor mellett. 1. kép: tiszta NaCl oldat, az indikátortól enyhén fluoreszkáló zöldes színű 2. kép: Cl-ion reagál a mérőoldat Ag-ionjával, AgCl csapadék képződik, az oldat megzavarosodik (kolloid !). 3. kép. A titrálás végpontjában elfogy minden szabad Cl-ion, ezért az AgCl csapadék felületére csak a feleslegben bejutott Ag-ionok tudnak kötni (más sajátion már nincs a rendszerben), a felület áttöltődik, pozitív lesz. A pozitív töltésű felületre a fluoreszcein indikátor anionja kötődni tud, disszociációja eltolódik. Megváltozik a színe, mert a disszociált és disszociálatlan forma más színű. (Ugyanez bromidra eozinnal.)
Kationcserélő: szulfonsav csoport Anioncserélő: kvaterner ammónium csoport
