溫度的變化
同修 / 2022-07-04
溫度選擇性系數(shù)可能隨溫度而改變,取決于反應的大小和符號:
式中R是氣體常數(shù),T是絕對溫度。
嚴格地說,△H*是式(6.7)所描述的離子交換反應中的偏含變(differential enthalpy change),即一當量A9離子交換成一當量BP離子的過程中熱的變化,而此時離子交換劑和溶液的量都很大,足以防止任何一相的組成有明顯的變化,水也不會從一相轉移到另一相。
用有機離子交換劑時,離子交換劑的恰變在零到幾千卡/當是2同的。對于某些無機離子實校罰,發(fā)現(xiàn)有較高的恰變。
離子交換的恰變可正可負,而且通常是溫度的函數(shù)。因此,隨著溫度升高,選擇性有時升高,有時降低(圖6.11,6.12)。
即使化學性質非常相近的離子,其△H*值也可相差很大好此外離因子可以隨溫度變化而有很大的改變,溫度是控制選擇性的一個主要因素。在某些情況下曾有報道說,溫度變化導致了選擇性的逆轉 (見圖6.11,6.12)。
在某些體系中,離子對于離子交換劑的親和力也受到溶液中絡合物形成的影響(6.4.2.2節(jié)),這時溫度不僅會影響離子交換平衡,而且會影響絡合物型成平衡,溫度對選擇性的凈效應就變得更加復雜。
溶液中絡合物的形成在前幾節(jié)里,是從待交換離子的性質以及離子交換劑的性質和結構的角度出發(fā)來闡明選擇性的,同時適當?shù)乜紤]了溫度等其他參數(shù)的影響,這些參數(shù)能夠影響離子和交換劑的性質,也會影響離子-功能團鍵的強度。但是,離子交換平衡也受到反離子與外部溶液中的
其他離子或分子的相互作用的影響。例如,假定某種陽離子BP能與溶液中的某種陰離子V 生成絡合物(包括生成陰離子絡合物,因此被陽離子交換劑排斥在外),則由式(6.7)所描述的離子交換平衡將向左移動,左移的程度取決于陰離子絡合劑的濃度和所形成的絡合物的穩(wěn)定性。結果使選擇性系數(shù)(式(6.8)和分離因子(式(6.15))都減小。離子交換劑對于痕量離子BP的選擇性較之對于主要離子A9的選擇性有所降低(A9與V-無明顯絡合)。但如果在相同的實驗條件下,另一種痕量離子D°比離子B°被V-更強地絡合,則這兩種離子的分離因子將會增大。這樣,就這兩種痕量離子BP和D°的分離來說,隨著絡合劑的加入,體系的選擇性是提高了,雖然兩種離子的分配系數(shù)的絕對值都是下降的。所以,絡合物的形成可以改善分離,降低分配系數(shù),后者對于欲從給定的離子交換劑上快速地清除某種離子來說是很重要的。
一般地說,離子交換劑優(yōu)先吸附這樣的反離子:它們不容易生成離子對,或者與溶液中的共離子結合得不牢固。如果有若干陽離子被陰離子配位體絡合,則陽離子交換劑優(yōu)先吸附這樣一種陽離子:它與陰離子生成配位體的平均數(shù)目較少的絡合物。在一系列能形成相似絡合物陽離子中,生成最弱絡合物的陽離子對于交換劑有最強的親和力。
由于陽離子能形成陰離子絡合物,這就提供了在陰離子交換劑上進行分離的可能性。陰離子交換劑優(yōu)先吸附這樣的陽離子:它與陰離子配位體生成多電荷陰離子絡合物,或者生成配位體的平均數(shù)目較多的絡合物。
當然,這些規(guī)則只有當其他影響因素不及絡合物形成作用的影響大時才能成立。
既然絡合物形成反應常常是高度選擇性的,因此絡合物的形成與離子交換法相結合可以使性質很相似的陽離子得到分離。