تاریخچه ی:
تبادلگر یونی
تفاوت با نگارش: 1
| | + |
|
| | + |
| | + | {img src=img/daneshnameh_up/7/7d/resin.jpg} |
| | + | | |
| | !نگاه کلی | | !نگاه کلی |
| - | روشهای ((تبادل یونی)) براساس تبادل برگشت پذیر یونها بین ((محلول)) و یک ((حالات ماده|فاز جامد)) استوار است. فاز جامد در ((آب)) غیر محلول بوده و دارای گروههایی به صورت ((بنیان اسیدی)) یا ((بنیان بازی|بازی)) است. این بنیانها عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزا تشکیل دهنده فاز جامد ممکن است از ((ترکیبات معدنی)) شبیه ((زئولیت|زئولیتها)) باشند که اسکلت آنها از ((آلومینو سیلیکاته|آلومینو سیلیکاتها)) تشکیل شدهاند.
این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیبات معدنی جدید از مشتقات {TEX()} {ZrO_2} {TEX} ساخته شدهاند که زیر کونیوم فسفات ، زیر کونیوم تنگسات و زیر کونیوم مولیبدات از آن جمله هستند. برای جدا سازی ((فلزات قلیایی)) و ((فلزات قلیایی خاکی|قلیایی خاکی)) از هم مفید هستند. |
+ | روشهای __تبادل یونی__ ، براساس تبادل برگشت پذیر ((آنیون و کاتیون|یونها)) بین ((محلول)) و یک ((حالات ماده|فاز جامد)) استوار است. فاز جامد در ((آب)) ، غیر محلول بوده ، دارای گروههایی به‌صورت بنیان اسیدی یا بازی است. این بنیانها ، عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزا تشکیل دهنده فاز جامد ، ممکن است از ((مواد معدنی|ترکیبات معدنی)) شبیه ((زئولیت|زئولیتها)) باشند که اسکلت آنها از آلومینو سیلیکاتها تشکیل شدهاند.
این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیبات معدنی جدید از مشتقات __ZrO2__ ساخته شدهاند که زیرکونیوم فسفات ، زیرکونیوم تنگستات و زیرکونیوم مولیبدات از آن جمله هستند. برای جداسازی ((فلزات قلیایی)) و ((فلزات قلیایی خاکی|قلیایی خاکی)) از هم مفید هستند. |
| | !رزینهای تبادلگر یونی | | !رزینهای تبادلگر یونی |
| - | ((رزین تبادلگر یونی)) منشا آلی دارند و از ((پلیمر|پلیمرهای)) با وزن ملکولی زیاد تشکیل شده اند. تشکیل این رزینها بر اساس ((پلیمریزاسیون پلی‌استایرن و دی وینیل بنزن)) پایه گذاری شده است که همراه با ترکیبات دیگر نظیر ((تری کلرو آنیلین)) یا ((اسید سولفوریک)) ترکیب تبادلگر یونی آنیونی و کاتیونی را می‌دهد. افزایش پیوندهای عرضی ، خصوصیات ((رزین)) را از نظر آبگیری و نفوذ یونها تغییر می‌دهد. |
+ | ((رزینهای مبادله کننده یون|رزین تبادلگر یونی)) ، منشاء آلی دارند و از ((دنیای پلیمر|پلیمرهای)) با ((جرم مولکولی|وزن ملکولی)) زیاد تشکیل شدهاند. تشکیل این رزینها بر اساس ((فرایند پلیمریزاسیون|پلیمریزاسیون)) __پلی‌استایرن__ و __دی‌وینیل بنزن__ پایه‌گذاری شده است که همراه با ترکیبات دیگر نظیر تری‌کلرو آنیلین یا ((اسید سولفوریک)) ترکیب تبادلگر یونی ((آنیون و کاتیون|آنیونی)) و ((آنیون و کاتیون|کاتیونی)) را می‌دهد. افزایش پیوندهای عرضی ، خصوصیات رزین را از نظر آبگیری و نفوذ یونها تغییر می‌دهد. |
| | !تقسیم بندی رزینها | | !تقسیم بندی رزینها |
| - | تبادلگرهای یونی شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی هستند. تبادلگرهای کاتیون شامل گروههای {TEX()} {RCOOH} {TEX} یا {TEX()} {R-SO_3H} {TEX} هستند. تبادلگرهای یونی را می‌توان برحسب قدرت تبادلی و فعالیت گروههای فعالشان به دو دسته تقسیم می‌کنند.
#((تبادلگر بازی))
##تبادلگر بازی قوی با فرمول عمومی {TEX()} {R-CH_3N{+}(CH_3)_2Cl{-}} {TEX}
## تبادلگر بازی ضعیف با فرمول عمومی {TEX()} {R-CH_3NH_3OH} {TEX}
#((تبادلگر اسیدی))
##تبادلگر اسیدی قوی به صورت {TEX()} {R-SO_3H} {TEX}
##تبادلگر اسیدی ضعیف به صورت {TEX()} {R-COOH} {TEX}
!((تبادل یونی|ستون تبادل یونی))
آزمایشهای تبادل یون را می‌توان به صورت ناپیوسته یعنی عبور مقدار معینی محلول از ستون حاوی رزین یا به صورت جریان پیوسته محلول از بالا به پائین ستون انجام داد. ستون همیشه باید از ((آب مقطر)) پر باشد و حبابهای هوا در قسمت ((رزین)) وجود نداشته باشد. دانه‌های رزین ، آب را جذب کرده و متورم می‌شوند.
اگر منظور جدا کردن و به دست آوردن یونهای موجود در یک محلول باشد، پس از عبور نمونه از ستون توسط جریان مداومی از محلول شستشو دهنده ، اجزا موردنظر از ستون خارج می‌شوند. بعد از خاتمه آزمایش باید ستون را با آب مقطر پر کرد. محلولی که وارد ستون می‌شود جریان ورودی و محلولی که از ستون خارج می‌شود جریان خروجی نام دارد.
!((تبادل یونی|تعادل تبادل یونی))
برای روشنتر شدن واکنشهای تبادل یونی ((انواع رزینهای اسیدی|رزینهای اسیدی)) و ((انواع رزینهای بازی|بازی)) را به صورت {TEX()} {R-H} {TEX} و {TEX()} {ROH} {TEX} نشان می‌دهیم. طبق واکنشهای زیر
::{TEX()} {R-H + Nacl\LeftRightarroww R-Na + Hcl} {TEX}::
::{TEX()} {R-oH + Hcl\LeftRightarrowwR-cl + H2o} {TEX}::
یونهای سدیم و کلرید با یونهای هیدروژن و ((یون هیدروکسیل)) تبادل می‌شوند. در صورتی که رزین تبادلگر یونی به صورت {TEX()} {R-Na} {TEX} با ((کلرید سدیم|محلول کلرید سدیم)) در تعادل باشد، می‌توان گفت که حاصلضرب فعالیت یونهای سدیم و کلرید در سطح رزین و ((محلول نمک)) در حال تعادل با رزین برابر است. این مفهوم از ((تعادل دانن)) نتیجه می‌شود و به صورت زیر بیان می‌گردد.
::{TEX()} {(a_{Na^+}Xa_{Na^+})_{resin}=(a_{Na^+}*a_{Cl^-})_{sol}=a^2_{\pm}} {TEX} :: |
+ | تبادلگرهای یونی شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی هستند. تبادلگرهای کاتیون شامل گروههای __RCOOH__ یا __R-SO3H__ هستند. تبادلگرهای یونی را می‌توان برحسب قدرت تبادلی و فعالیت گروههای فعالشان به دو دسته تقسیم می‌کنند.
!!تبادلگر بازی
*تبادلگر بازی قوی با فرمول عمومی __ +(CH3)2Cl- RCH3N__
*تبادلگر بازی ضعیف با فرمول عمومی __R-CH3NH3OH__
!!تبادلگر اسیدی
*تبادلگر اسیدی قوی به صورت __R-SO3H__
*تبادلگر اسیدی ضعیف به صورت __R-COOH__
!ستون تبادل یونی
آزمایشهای تبادل یون را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یعنی عبور مقدار معینی محلول از ستون حاوی رزین یا به‌صورت جریان پیوسته محلول از بالا به پائین ستون انجام داد. ستون همیشه باید از ((آب مقطر)) پر باشد و حبابهای هوا در قسمت رزین وجود نداشته باشد. دانه‌های رزین ، آب را جذب کرده ، متورم می‌شوند.
اگر منظور ، جدا کردن و بدست آوردن یونهای موجود در یک محلول باشد، پس از عبور نمونه از ستون توسط جریان مداومی از محلول شستشو دهنده ، اجزای موردنظر از ستون خارج می‌شوند. بعد از خاتمه آزمایش باید ستون را با آب مقطر پر کرد. محلولی که وارد ستون می‌شود، ~~green:جریان ورودی~~ و محلولی که از ستون خارج می‌شود ~~green:جریان خروجی~~ نام دارد.
!تعادل تبادل یونی
برای روشنتر شدن واکنشهای تبادل یونی رزینهای اسیدی و بازی را به‌صورت __RH__ و __ROH__ نشان می‌دهیم. طبق واکنشهای زیر:
~~green:::__R-H + NaCl -----> R-Na + HCl__::~~
~~green:::__R-OH + HCl -----> R-Cl + H2O__::~~
یونهای سدیم و کلرید با یونهای هیدروژن و یون هیدروکسیل تبادل می‌شوند. در صورتی که رزین تبادلگر یونی به‌صورت __R-Na__ با محلول کلرید سدیم در تعادل باشد، می‌توان گفت که حاصلضرب فعالیت یونهای سدیم و کلرید در سطح رزین و محلول نمک در حال تعادل با رزین برابر است. این مفهوم از __تعادل دانن__ نتیجه می‌شود. |
| | !ظرفیت تبادل یونی | | !ظرفیت تبادل یونی |
| - | ((تبادل یونی|ظرفیت تبادل یون)) عبارت است از وزن یونهایی که در واحد حجم یا واحد وزن رزین قابل تعویض است. بنابرین هر رزین دارای ظرفیت حجمی یا ظرفیت وزنی است. ظرفیت حجمی براساس حجم رزین آب گرفته تعیین می‌شود. |
+ | ظرفیت تبادل یون ، عبارت است از وزن یونهایی که در واحد حجم یا واحد وزن رزین قابل تعویض است. بنابرین هر رزین ، دارای ظرفیت حجمی یا ظرفیت وزنی است. ظرفیت حجمی براساس حجم رزین آب گرفته تعیین می‌شود.
{img src=img/daneshnameh_up/4/47/Resinhandful.jpg}
|
| | !ضریب توزیع | | !ضریب توزیع |
| - | نسبت یونها در هر گرم رزین خشک بر مقدار آنها در هر میلی لیتر محلول را ضریب توزیع می‌گویند.
/>::{TEX()} {K_d={\frac{مقدار یون در هر گرم رزین خشک}{مقدار یون در میلی لیتر محلول}}} {TEX}::
>برای تبادل کننده‌های یونی ، یونهای با بار مخالف ، ضریب توزیع به غلظت محلول خارجی بستگی دارد. مثلا هنگامی که ((رزین اشباع|رزین اشباع شده با کلسیم)) با محلول ((کلرید سدیم)) تماس داده شود، ازدیاد غلظت نمک سبب تعویض ((سدیم)) با ((کلسیم)) می‌گردد. ولی هنگامی که رزین ، یونهای کلسیم را دریافت می‌کند، نیروهای جذبی نقش اساسی دارد. |
+ | نسبت یونها در هر گرم رزین خشک بر مقدار آنها در هر میلی لیتر محلول را __ضریب توزیع__ می‌گویند.
برای تبادل کننده‌های یونی ، یونهای با بار مخالف ، ضریب توزیع به غلظت محلول خارجی بستگی دارد. مثلا هنگامی که رزین اشباع شده با کلسیم با محلول کلرید سدیم تماس داده شود، ازدیاد غلظت نمک ، سبب تعویض ((سدیم)) با ((کلسیم)) می‌گردد. ولی هنگامی که رزین ، یونهای کلسیم را دریافت می‌کند، نیروهای جذبی نقش اساسی دارند. |
| | !کاربرد رزینها | | !کاربرد رزینها |
| - | در صنعت برای گرفتن یا کاهش ((سختی آب)) و ((یون زدایی آب|یون دای)) آن از تبادلگرهای یونی استفاده می‌شود. آب یون زدایی شده فاقد ناخالصیهای ((دی اکسید کربن)) و ((سیلیس)) است، در آب مقطر وجود دارد. یکی دیگر از کاربردهای تبادلگرهای یونی رزینی ، شیرین کردن آب دریا با جداسازی ((ترکیبات سدیم|نمکهای سدیم)) و ((ترکیبات پتاسیم|پتاسیم)) و ((ترکیبات منیزیم|منیم)) بوسیله رزینها می‌باشد و برای جدا کردن ((یون فلزی|یونهای فلزی)) به صورت ترکیبات آنیونی هم از رزینها استفاده می‌شود. یک مورد دیگر تعیین غلظت کل نمکهای محلول در آب است.
!((احیا رزین))
پس از مدتی ظرفیت رزینها از نظر تبادل یونی تکمیل می‌شود. در نتیجه باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد. این عمل را احیا یا بازسازی می‌نامند. در کارخانه‌هایی که فقط از ((زئولیت)) استفاده می‌شود، فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد کلرید سدیم انجام می‌شود. |
+ | در صنعت برای گرفتن یا کاهش ((سختی آب)) و یون زدایی آن ، از تبادلگرهای یونی استفاده می‌شود. آب یون زدایی شده ، فاقد ناخالصهای ((دی‌اکسید کربن)) و ((سیلیس)) است و در ((آب مقطر)) وجود دارد. یکی دیگر از کاربردهای تبادلگرهای یونی رزینی ، شیرین کردن آب دریا با جداسازی نمکهای سدیم و پتاسیم و منیزیم ، بوسیله رزینها می‌باشد و برای جدا کردن یونهای فلزی به‌صورت ترکیبات آنیونی هم از رزینها استفاده می‌شود. یک مورد دیگر ، تعیین غلظت کل نمکهای محلول در آب است.
!احیاء رزین
پس از مدت ظرفیت رزینها از نظر تبادل یونی تکمیل می‌شود. در نتیجه ، باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد. این عمل را ~~green:احیا~~ یا ~~green:بازسازی~~ می‌نامند. در کارخانه‌هایی که فقط از زئولیت استفاده می‌شود، فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد کلرید سدیم انجام می‌شود. |
| | !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| - | *((احیا رزین)) | |
| - | *((انواع رزینهای اسیدی)) | |
| - | *((انواع رزینهای بازی)) | |
| | *((تبادل یونی)) | | *((تبادل یونی)) |
| - | *((تبادگر اسیدی))
*((بادل بازی))
*((باد یی))
*((پلیم))
*((پلیمریزاسیون))
*((ین)) />*((زین بالر یونی)) |
+ | *((دیای پلیمر))
*((زین‌های مبادله ننه یون))
*((یی یمر))
*((شیمی جزیه دستگاهی))
*((فرایند پلیمریزاسیون))
*((نمک‌دیی ز ب دریا)) |
| | *((یون زدایی آب)) | | *((یون زدایی آب)) |
