Ćwiczenie 4: Kinetyka chemiczna: reakcja odwracalna wymiany jonowej
Chemia fizyczna Opra owały: dr inż. Joanna Kruk, dr ha . inż. Anna Ptaszek
1 1. Część teoretyczna
Każdą reakcję typu:
2 1 2 1 1 1 1
1
A B B A B B A
A
można traktować jako wymianę jonową. Powyższa definicja obejmuje zarówno przypadki, w których oba substraty znajdują się w tej samej fazie, jak i takie, w których występują one w różnych fazach. Znaczenie praktyczne ma wymiana heterogeniczna, a w szczególności na granicy faz ciało stałe-roztwór (adsorpcja jonowymienna). Związek zdolny do wymiany jonowej (wymiany własnych jonów związanych z centrami aktywnymi jonitu), nierozpuszczalny w roztworze to wymieniacz jonowy (jonit, sorbent jonowymienny).
Wymieniacze jonowe można ogólnie sklasyfikować według pochodzenia i sposobu ich otrzymywania (nieorganiczne – naturalne, syntetyczne; organiczne – naturalne, półsyntetyczne, syntetyczne). Naturalne wymieniacze jonowe to jonity pochodzenia mineralnego (np. uwodnione glinokrzemiany, dolomity, ligniny).
Półsyntetyczne jonity to poddane odpowiednim przemianom chemicznym wymieniacze jonowe pochodzenia naturalnego (np. węgiel sulfonowany, krzemiany metali ciężkich). Jonity syntetyczne to syntetyczne glinokrzemiany i syntetyczne żywice organiczne, które otrzymywane są na drodze polimeryzacji, koopolimeryzacji lub polikondensacji odpowiednich monomerów organicznych zawierających grupy funkcyjne zdolne do dysocjacji elektrolitycznej. Kolejnym kryterium klasyfikacji jonitów jest rodzaj grup jonowymiennych/funkcyjnych (kationity – wymieniające kationy – słabo kwaśne, silnie kwaśne; anionity – wymieniające aniony – słabo zasadowe, średnio zasadowe, silnie zasadowe). Grupy funkcyjne kationitów to, np.
sulfonowe, karboksylowe, fenylowe, tiofenolowe, natomiast anionitów to, np. pierwszo-, drugo-, trzecio- i czwartorzędowe grupy aminowe.
Rys. 1. Jonit kationowy Rys. 2. Jonit anionowy
2.
reakcji wymiany RH + K+ RK + H+ w warunkach w roztworze przy zachowaniu intensywnego mieszania.
pH-
nit (karboksylowy) Amberlit IRC-50.
Na poni szym zdj ciu pokazano stanowisko do badania szybko ci reakcji wymiany jonowej.
Rys. 6. Stanowisko do pomiaru zmian pH wywo anych przebiegiem reakcji wymiany jonowej.
Przygotowa 0,5L 0,01M roztworu KCl w kolbie miarowej i przela do butli Simax o pojemno ci 1L (odczynnik podpisa ). Do zlewki o poj. 100mL odmierzy za pomoc cylindra miarowego 70mL roztworu KCl, rozpocz intensywne mieszane i ledzi warto ci pH (ok. 5 minut). Nawa y 0,25g suchego amberlitu i natychmiast wsypa go w ca o ci do zlewki z mieszanym roztworem. W razie potrzeby chwilowo zwi kszy obroty mieszad a, tak aby zwil y od razu ca o wsypanego amberlitu.
pH-metru. I tedy konieczne jest
nie powierzchni ziaren jonitu.
Pomiary zmian pH dla nowej nawa ki amberlitu i wie ego roztworu KCl w czaj c podgrzewanie p yty mieszad a do 40 C.
Wyniki pomiar w w postaci zmian pH w czasie pobra w postaci pliku tekstowego.
3. Sprawozdanie
Data wykonania a Data oddania sprawozdania
Numer grupy Ocena
w postaci wykres w zmian pH w funkcji czasu i temperatury
Wykresy zale no ci szybko ci reakcji wymiany jonowej od warto ci pH dla dw ch temperatur.
Na podstawie przebiegu zale no ci szybko ci reakcji od pH zaproponowa posta r wnania kinetycznego tej reakcji. Podj pr b estymacji warto ci sta ych szybko ci reakcji.
Wnioski dotycz ce wp ywu temperatury na szybko badanej reakcji.
