14. Закономерности ионного обмена в коллоидных растворах. Ацидоиды. Роль pН в ионном обмене

В коллоидных системах обнаружено свойство твердых частиц обмениваться на одноименные по знаку заряда ионы, находящиеся в жидкой среде.

В частицах, которые окружены двойным электрическим слоем, такой способностью обладают противоионы, поэтому они называются обменными ионами.

Процесс ионного обмена можно выразить следующим равенством:

2 АВ + В²⁺ = А₂В + 2В⁺,

где А – точка на поверхности частицы, несущая элементарный отрицательный заряд; В⁺ – одновалентный катион; В²⁺ – двухвалентный катион.

Способность катиона В²⁺ адсорбироваться на данной частице выражена сильнее, чем у катиона В⁺. Следовательно, при относительно малой концентрации ионов В²⁺ в растворе они вытеснят в раствор значительные количества ионов В⁺ из двойного слоя.

В этом случае говорят, что ионообменное равновесие сдвинуто вправо.

Уравнение для ионного обмена, в котором участвуют данные катионы, имеет вид:

X(В⁺) / X(В²⁺) = K C(В⁺) / [C(В²⁺)]^0,5,

где X(В⁺) и X(В²⁺) – количества катионов в двойном слое; C(В⁺) и C(В²⁺) – концентрация катионов в растворе.

В ионном обмене могут участвовать также ионы Н⁺ и ОН^—. Ионный обмен с участием этих ионов способен изменить реакцию среды в ту или иную сторону.

Если у коллоидных частиц обменными являются ионы водорода, то они адсорбируют из раствора содержащиеся в нем катионы. Содержание водородных ионов в результате обмена увеличивается. Такие коллоиды иначе называют ацидоидами.

Примером ацидоида является коллоидная кремниевая кислота.

АH + В⁺ = АВ + Н⁺,

где А – точка на поверхности частицы;

В⁺ – одновалентный катион.

Отрицательно заряженные коллоиды, которые содержат в качестве противоионов катионы металлов (например, ионы кальция), адсорбируют обменным путем ионы Н⁺. В этом случае происходит катионный обмен:

ХСа²⁺ + 2Н⁺ = Х[Н⁺]₂ + Са²⁺.

Отрицательно заряженные коллоиды, содержащие обменные катионы металлов, связывают вводимые в раствор ионы водорода, таким способом они противодействуют подкислению среды.

Положительно заряженные коллоиды, в которых обменными являются анионы, способны адсорбировать обменным путем ионы гидроксила:

ХА + ОН^— = ХОН + А^—.

Коллоид при этом связывает гидроксильные ионы, тем самым он противодействует подщелачиванию среды.

На описанных свойствах основано буферное действие коллоидов.

Следует учитывать, что катионный и анионный обмен зависит от реакции среды.

Если в среде, где происходит катионный обмен, есть ионы водорода, которые также участвуют в обмене, то количество адсорбированных из раствора катионов М⁺ будет тем меньше, чем ниже щелочность рН среды.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.