Термодинамические характеристики сорбции катионов меди (II) и натрия на железомарганцевых конкрециях
Исследование термодинамических характеристик процесса ионообменной сорбции катионов меди на железомарганцевых конкрециях. Описание процесса ионного обмена преобразованным уравнение закона действующих масс. Вычисление значения предельной сорбции.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.11.2016 |
| Размер файла | 81,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОРБЦИИ КАТИОНОВ МЕДИ (II) И НАТРИЯ НА ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЯХ
Жадовский Иван Тарасович
кандидат химических наук,
ассистент кафедры общей и физической химии
В данной статье представлены термодинамические характеристики процесса ионообменной сорбции катионов меди на железомарганцевых конкрециях (ЖМК). Ионный обмен описывается преобразованным уравнением закона действующих масс. Вычислены значения предельной сорбции и кажущаяся константа ионного обмена.
Ключевые слова: железомарганцевые конкреции, изотерме Лэнгмюра, ионообменная сорбция, лиотропный ряд катионов, радиусы сорбированных катионов, энергия Гиббса ионного обмена
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 Cр; равновесные концентрации ионов натрия CNa+; ионная сила раствора I; величины ионообменной сорбции Г моль·кг?№ и обратные величины ионообменной сорбции ионов меди 1/Г моль?№·кг; средние ионные коэффициенты активностиг± Na2SO4 и CuSO4, взятые из табличных данных [1].
сорбция ионный обмен термодинамический
Таблица 1
Результаты опытов по ионообменной сорбции катионов Cu2+ и Na+ на ЖМК
|
С0, молькг-1 |
Ср, молькг-1 |
СNa+, молькг-1 |
I |
Г, моль·кг?№ |
1/Г |
г± Na2SO4[1] |
г± CuSO4[1] |
|
|
0,01 |
4,97·10-9 |
0,020 |
0,030 |
0,100 |
10 |
0,718 |
0,509 |
|
|
0,03 |
7,15·10-6 |
0,060 |
0,090 |
0,300 |
3,334 |
0,590 |
0,297 |
|
|
0,05 |
2,28·10-5 |
0,100 |
0,150 |
0,500 |
2,001 |
0,539 |
0,231 |
|
|
0,07 |
2,86·10-4 |
0,139 |
0,210 |
0,697 |
1,434 |
0,523 |
0,196 |
|
|
0,10 |
7,50·10-3 |
0,185 |
0,307 |
0,925 |
1,082 |
0,456 |
0,162 |
|
|
0,20 |
9,41·10-2 |
0,212 |
0,694 |
1,059 |
0,944 |
0,340 |
0,109 |
|
|
0,30 |
1,77·10-1 |
0,246 |
1,077 |
1,230 |
0,813 |
0,290 |
0,088 |
|
|
0,40 |
2,70·10-1 |
0,260 |
1,470 |
1,302 |
0,768 |
0,259 |
0,075 |
|
|
0,80 |
6,27·10-1 |
0,346 |
3,027 |
1,730 |
0,578 |
0,200 |
0,053 |
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=1,763Ср0,142 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:
2Na+(s) + Сu2+(aq) 2Na+(aq) + Cu2+(s)
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 Sуд = 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, з - 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.
Библиографический список
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.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Кинетика ионного обмена. Определение лимитирующей стадии процесса сорбции и установление механизма сорбции хлорокомплексов палладия (II) на волокнах ЦМ-А2, Мтилон-Т и ВАГ из хлоридных растворов. Влияние температуры и способов регенерации сорбентов.
дипломная работа [405,1 K], добавлен 01.04.2011Слоистые двойные гидроксиды (СДГ), их структура и методы синтеза. Изучение сорбции марганца(II) на образцах Mg,Al-CO3 СДГ в статических условиях. Кинетика сорбции марганца(II). Зависимость оптической плотности от времени сорбции марганца(II) из раствора.
курсовая работа [648,6 K], добавлен 13.10.2017Измерение теплоты сорбции акрилонитрила (АН) капроновым волокном и зависимости ее от концентрации сорбированного АН, а также изучение особенностей сорбции АН в промышленное капроновое волокно и в капроновое волокно, модифицированное прививкой АН.
статья [138,0 K], добавлен 18.03.2010Уравнение химической реакции с использованием электронно-ионного метода. Определение потенциалов окислителя и восстановителя, направления протекания процесса, термодинамических характеристик H,S,G. Электронная формула элементов по 2 и 4 квантовым числам.
курсовая работа [22,5 K], добавлен 25.11.2009Классификация катионов и анионов, изучение первой, второй, третьей и четвертой аналитической группы катионов. Количественный анализ катионов: метод окисления – восстановления, методы осаждения и комплексонообразования, физико-химические методы анализа.
методичка [4,8 M], добавлен 01.07.2009Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания для диагностики анаэробных инфекций. Создание пьезосенсоров наиболее селективных в отношении летучих жирных кислот с числом атомов водорода от двух до шести. Особенности сорбции нормальных и изокислот.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 04.11.2014Распространение меди в природе. Физические и химические свойства меди. Характеристики основных физико-механических свойств. Отношение меди к галогенам и другим неметаллам. Качественные реакции на ионы меди. Двойные и многокомпонентные медные сплавы.
реферат [68,0 K], добавлен 16.12.2010Спектроскопия как физический метод исследования веществ, его точность и широкое применение в различных областях химии. Термодинамические параметры реакции (константы равновесия, энтальпии и энтропии реакции) бис-ацетилацетоната меди (II) с пиридином.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.03.2012Состав катионов первой аналитической группы; действие на них группового реактива. Химические свойства катионов II группы; их взаимодействие с органическими реагентами. Осаждение катионов III группы в виде сульфатов, а IV и V - в виде гидроксидов.
презентация [254,1 K], добавлен 28.10.2014Общая характеристика катионов III аналитической группы катионов. Гидроксиды бария, кальция, стронция. Действие группового реагента (водного раствора серной кислоты). Действие окислителей и восстановителей. Применение солей кальция и бария в медицине.
реферат [52,2 K], добавлен 13.03.2017Понятие об аналитических группах и классификации катионов. Порядок проведения анализа катионов, осмотр образца и подготовка пробы. Метод квартования. Превращение сульфатов в карбонаты. Обнаружение и отделение ионов бария. Разрушение аммиакатов VI группы.
лабораторная работа [107,8 K], добавлен 09.01.2015Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение в природе. Физические и химические свойства. Комплексные соединения меди. Применение меди в электротехнической, металлургической и химической промышленности, в теплообменных системах.
реферат [62,6 K], добавлен 11.08.2014Селективные свойства сорбента "ПЭГ-400-В-ЦД" по отношению к структурным и оптическим изомерам органических соединений. Влияние добавки макроциклического В-ЦД на хроматографическое удерживание и термодинамические функции сорбции исследуемых сорбатов.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 09.08.2016Рассмотрение взаимодействия солей меди с сульфидами аммония, натрия, калия, гидроксидами, карбонатами натрия или калия, иодидами, роданидами, кислотами. Изучение методов очистки сточных вод от соединений натрия, ванадия, марганца и их изотопов.
творческая работа [22,9 K], добавлен 13.03.2010Атомные, физические и химические свойства элементов подгруппы меди и их соединений. Содержание элементов подгруппы меди в земной коре. Использование пиро- и гидрометаллургическиех процессов для получения меди. Свойства соединений меди, серебра и золота.
реферат [111,9 K], добавлен 26.06.2014Технико-технологические основы огневого (окислительного) рафинирования черновой меди, описание его главных стадий. Порядок проведения металлургического расчета. Определение параметров аппаратов системы пылеулавливание. Контроль и автоматизация процесса.
курсовая работа [458,1 K], добавлен 29.05.2014Основные физические и химические свойства платиновых металлов и их соединений, способы их вскрытия и реагентная способность. Технология проведения аффинажа различных платиновых металлов, важнейшие этапы процесса экстракции и сорбции их комплексов.
курс лекций [171,2 K], добавлен 02.06.2009Задачи и методы качественного и количественного анализа. Аналитическая система катионов. Закон действующих масс. Теория электролитической диссоциации. Окислительно-восстановительные реакции. Характеристика комплексных соединений. Буферные растворы.
курс лекций [618,3 K], добавлен 15.12.2011Предмет и задачи аналитической химии. Способы выражения состава раствора. Закон действующих масс. Химическое и гомогенное равновесие. Аналитические операции и реакции. Качественный анализ катионов и анионов. Оценка достоверности аналитических данных.
методичка [21,1 K], добавлен 09.04.2009Специфика реакций термического разложения в неорганической химии. Особенности разложения хлоратов, карбонатов, нерастворимых в воде оснований. Реакции разложения оксидов. Методика синтеза гидроксокарбоната меди: расчет и материальный баланс процесса.
курсовая работа [18,4 K], добавлен 15.05.2012
