Ионообменную сорбцию изучали на модельных водных растворов CuSO₄ с концентрацией по меди 0,01-0,8 моль·кг^-1 при температуре 298 К. Величину ионообменной сорбции Г (моль·кг^-1) катионов меди определяли в статических условиях при отношении объема жидкой фазы к массе твердой V/m=10 мл·г^-1 и массе навески ЖМК 5 г, при скорости перемешивания 400 об·мин^-1 до равновесного состояния. 
В таблице 1. приведены исходные и равновесные концентрации ионов меди C₀ и C_р; равновесные концентрации ионов натрия C_Na+; ионная сила раствора I;величины ионообменной сорбции Г моль·кгˉ¹ и обратные величины ионообменной сорбции ионов меди 1/Г мольˉ¹·кг; средние ионные коэффициенты активностиγ_± Na₂SO₄ и CuSO₄, взятые из табличных данных [1].
Таблица 1.Результаты опытов по ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ и Na⁺ на ЖМК

На рисунке 1 приведена изотерма ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ на ЖМК на основании данных таблицы 1. Измерения равновесной концентрации ионов Na⁺ с помощью ионоселективного электрода подтвердили эквивалентность обмена катионов Na⁺ на катионы Cu²⁺. Изотерма на рисунке 1 описывается уравнением Фрейндлиха: Г=1,763С_р^0,142 с достоверностью аппроксимации R² = 0,97.

Рисунок 1. Изотерма ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ и Na⁺ на ЖМК

Термодинамическое описание изотермы ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ и Na⁺ было проведено при допущении идеальности твердой фазы, т.е. без учета коэффициентов активности ионов в сорбированном состоянии [2]. Использовали метод линеаризации уравнения, полученного преобразованием уравнения закона действующих масс для реакции:

_{Приведенная к виду}
(1)
_{Линейная форма уравнения имеет вид:}
, (2)
Зависимость обратной величины сорбции ионов Cu²⁺ от аргумента  приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Линейная форма изотермы ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ и Na⁺ на ЖМК.

Зависимость аппроксимируется линейным уравнением:  с достоверностью аппроксимации R² = 0,93.
По угловому коэффициенту вычислено значение предельной сорбции ионов Cu²⁺ = 1,43 моль·кг^-1. Кажущуюся константу ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ и Na⁺ = 43,8±0,5 и энергию Гиббса ионообменной сорбции катионов Cu²⁺ и Na⁺ на ЖМК –9,3±0,48 кДж·моль^-
По величине удельной поверхности ЖМК S_уд = 43,81 м²·г^-1 [3] и предельной сорбции катионов Cu²⁺ 1,43 молькг^-1 была оценена «посадочная площадка» ионов Cu²⁺:
=м². (3)
По величине «посадочной площадки» вычислили радиус сорбированного катиона Сu²⁺, равный 127 пм. Данное значение больше значения кристаллографического радиуса Сu²⁺ по Бокию 80 пм [1] и меньше радиуса, вычисленного по уравнению Стокса 324 пм:
, (4)
где - заряд катиона меди, F – постоянная Фарадея, η – вязкость воды, - предельная эквивалентная электропроводность катиона меди.
Следовательно, катион Сu²⁺ сорбируется на ЖМК в частично дегидратированном состоянии.
Выводы 
1. Изотерма сорбции катионов Cu²⁺ на катионы Na⁺ на поверхности ЖМК описывается уравнением, полученным преобразованием уравнения закона действующих масс, и может быть представлена в линейном виде:

 ^{с достоверностью аппроксимации R2 = 0,93;}

2. Определена кажущиеся константа ионообменной сорбции
3. Рассчитано значение предельной сорбции ионов Cu²⁺
1,43 моль·кг^-1
4. Получены значения дифференциальной энергия Гиббса ионообменной сорбции для ионов Cu²⁺

для 

5. Оценены посадочная площадка и значение радиуса сорбированных катионов:

6. Радиусы сорбированных катионов имеют значения, промежуточные между кристаллографическими радиусами катионов по Бокию и радиусами гидратированных катионов в водном растворе по Стоксу, что соответствует представлению о сорбции катионов на поверхности ЖМК в слое Штерна–Гельмгольца в частично дегидратированном состоянии.

Результаты были получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России по проекту № 982 «Развитие термодинамической и кинетической теории межфазного ионного обмена применительно к природным и промышленным объектам» от 11.06.2014г.

1. Краткий справочник физико-химических величин./ Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия. 2002. С. 123, 130, 200. 232 231 с.
2. Зарицкий В.П. // Конкреции и конкреционный анализ: Сб. статей. М.: Наука, 1977. С 84-89, 245 с.
3. Чиркст Д.Э., Черемисина О.В., Иванов М.В., Чистяков А.А., Жадовский И.Т., /Изотерма обмена катионов стронция и натрия на железомарганцевых конкрециях // ЖПХ. 2006. Т. 79. № 3. С.374-379.

Все статьи автора «Жадовский Иван Тарасович»