Методичні аспекти експериментальної оцінки термодинамічної константи Na/Ca-обміну. Самарін Е.Н., Фомічова Е.Н.

Явище іонного обміну вже більше 150 років залишається предметом пильної уваги дослідників. Запропоновано безліч рівнянь для константи іонообмінної реакції [1], однак кожне має серйозні обмеження. Проте часто в практичних розрахунках використовуються значення без урахування специфіки їх отримання. Особливу великий вплив на надають концентрація глинистої суспензії і зовнішнього електроліту, а також ємність катіонного обміну глинистого грунту (ЕКО) [1,3].        

Рис.1. Вплив концентрації суспензії на величину термодинамічної    константи Na/Ca-обміну.     

Справжнє дослідження виконане на Монтморилоніт з катіонної парою Са2 +-Nа +. Монокатіонние форми мінералу приготовлені за методом К.К. Гедройца після отмучіванія фракції <5 мкм з "Килов" глин (К2s) - відібраних з Бахчисарайського розрізу II пасма Кримських гір. Зміст монтморіллоніта в зразках не менше 98,5%; в складі домішок: кварц, кальцит і Ілліт. Хімічний склад зразків відповідає високозарядному Al-монтморіллоніту, тип Wyoming, ЕКО 1,31 мг-екв./м.

Експериментальні ізотерми іонного обміну отримані за загальноприйнятою методикою [4] для прямої Ca Na і зворотного Na Ca реакцій при pH = 7 у бінарних розчинах хлоридів (молярний частки Na + і Са2 + змінювалися від 0 до 1 in contrary) сумарною концентрації від 0,0018 до 1,0 екв./л. Константи селективності реакції обміну при Ip-pa = const розраховані за Е. Н. Гапону і за В. Д. Аргензінгеру [1]. Екстраполяція значень , відповідних фіксованим складу обмінного комплексу (ОК), до нульової іонної силі виконана за методом В. П. Васильєва. Використано два варіанти розрахунку: (1) для фіксованої концентрації суспензій (Cсусп), якщо розрахований за В. Д. Аргензінгеру (класична методика); (2) для фіксованого співвідношення катіонів "обмінний комплекс - зовнішній розчин" (), якщо розрахований по Е. Н. Гапону. Термодинамічна константа Na/Ca-обміну _ розрахована за методом Г. Гейнеса та Х. Томаса [2] для обох варіантів подання коефіцієнтів селективності.        

Рис.2. Вплив співвідношення вмісту катіонів "ОК --    розчин "на величину термодинамічної константи Na/Ca-обміну.     

Показано, що зі збільшенням Cсусп в системі експериментально отримується значення зменшується і прагне до постійного значення (рис.1). Мабуть, це обумовлено неможливістю розвитку рівноважного профілю ДЕС, а при великих концентраціях суспензій перекриттям дифузних оболонок, розвинених навколо частинок і, можливо, структуруванням осаду глини.

Розрахунок значень по другого варіанту призводить до аналогічного результату: зі збільшенням значення зменшується (рис.2). Тим не менше, саме такий спосіб розрахунку, запропонований авторами вперше, є кращим, оскільки отримується значення не залежить від концентрації суспензії в системі, а визначається тільки величиною ЕКО глинистого грунту і концентрацією електроліту, Крім того, у цьому випадку можливо безпосередньо із значення розрахувати ізотерми іонного обміну для дослідженого діапазону концентрацій і значення коефіцієнтів селективності для будь-якого складу обмінного комплексу.

Список літератури