Влияние рН на обменную емкость ионитов.

1. Обменная емкость сильноосновных анионитов и сильнокислотных катионитов практически не зависит от величины рН раствора, т.к. диссоциация функциональных групп идет полностью при всех, допустимых в практике ионообменных значениях рН воды (раствора).

Обменная емкость слабокислотных катионитов увеличивается с ростом рН, а ОЕ слабоосновных анионитов увеличивается с понижением рН раствора, что определяется условием более полной диссоциации функциональных групп (для катионитов диссоциация увеличивается с увеличением рН, для анионитов – диссоциация увеличивается с уменьшением рН).

Графически зависимость ОЕ от рН выглядит так:

Рисунок.

1 – сильнокислотный катионит

2 – полифункциональный катионит

3 – слабокислотный катионит.

Для полифункционального катионита при низких рН диссоциируют лишь сильнокислотные группы и ОЕ не зависит от рН:

С увеличением рН начинается диссоциация слабокислотных групп и ОЕс рН. До некоторой максимальной ОЕ (полная обменная емкость ионита)

2) зависимость ОЕ слабокислотных катионитов и слабоосновных анионитов от присутствия в воде (растворе) анионов слабых кислот или катионов слабых оснований.

Пусть слабокислотный катионит RH находится в контакте:

А) с раствором, содержащим NaCl;

Б) с раствором, содержащим NaHCO₃.

В случае а) идет реакция ионного обмена такая:

R^-½H⁺+Na⁺+Cl^-«R^-½Na⁺+H⁺+Cl^-

В случае б) R^-½H⁺+Na⁺+НСО₃^-«R^-½Na⁺+H⁺+НСО₃^-«R^-½Na⁺+H₂CO₃

В случае а) в воде (растворе) накапливаются ионы Н⁺, что ведет к быстрому уменьшению рН раствора. Если DNa⁺=DH⁺=1×10^-4 г-ион/л и рН^исх=7,0, то в равновесии рН=-lga_H₊=-lg10^-4=4, т.е. ¯рН=3 единицам.

В случае б) не происходит накопление Н⁺, т.к. выходящие в раствор ионы Н⁺ связываются с НСО₃^- в молекулу Н₂СО₃ и при таком же DNa⁺=DH⁺=1×10^-4 г-ион/л, рН раствора изменится лишь на 0,5 единиц и будет рН@6,5. Т.к. катионит слабокислотный, то есть функциональные группы диссоциируют тем лучше, чем больше рН, то в случае б) р-р NaHCO₃ обменная емкость катионита будет больше, чем в случае а) (р-р NaCl), т.к. рН_б^равн>рН_а^равн.

Тким образом ОЕ слабокислотных катионитов (или слабоосновных анионитов) в растворах, содержащих анионы слабых кислот (катионы сл. оснований) выше, чем в растворах нейтральных солей.

3. Зависимость ОЕ слабокислотного катионита от рН в растворе, содержащем соль слабого основания (слабоосновного анионита в растворе, содержащем соль слабой кислоты).

Например, слабоосновной анионит RNH₃OH в растворе NaHCO₃^.

При низких значениях рН

А) рН<7 анионит диссоциирует достаточно полно по уравнению

RNH₃⁺OH^-«RNH₃⁺+OH^- (т.к. OH⁺+H⁺«H₂O)

Однако, при рН<7 идет гидролиз соли NaHCO₃ по уравнению

Na⁺+HCO₃^-+H⁺+OH^-«H₂CO₃+Na⁺+OH^-

Т.е. в растворе концентрация ионов НСО₃^-¯, а концентрация ОН^-, а это ведет к тому, что ОЕ¯¯.

Таким образом, обменная емкость слабоосновного анионита по анионам слабых кислот очень мала при любых значениях рН. Анлогично, для слабокислотных катионитов.