14. Закономерности ионного обмена в коллоидных растворах. Ацидоиды. Роль pН в ионном обмене
В коллоидных системах обнаружено свойство твердых частиц обмениваться на одноименные по знаку заряда ионы, находящиеся в жидкой среде.
В частицах, которые окружены двойным электрическим слоем, такой способностью обладают противоионы, поэтому они называются обменными ионами.
Процесс ионного обмена можно выразить следующим равенством:
2 АВ + В2+ = А2В + 2В+,
где А – точка на поверхности частицы, несущая элементарный отрицательный заряд; В+ – одновалентный катион; В2+ – двухвалентный катион.
Способность катиона В2+ адсорбироваться на данной частице выражена сильнее, чем у катиона В+. Следовательно, при относительно малой концентрации ионов В2+ в растворе они вытеснят в раствор значительные количества ионов В+ из двойного слоя.
В этом случае говорят, что ионообменное равновесие сдвинуто вправо.
Уравнение для ионного обмена, в котором участвуют данные катионы, имеет вид:
X(В+) / X(В2+) = K C(В+) / [C(В2+)]0,5,
где X(В+) и X(В2+) – количества катионов в двойном слое; C(В+) и C(В2+) – концентрация катионов в растворе.
В ионном обмене могут участвовать также ионы Н+ и ОН—. Ионный обмен с участием этих ионов способен изменить реакцию среды в ту или иную сторону.
Если у коллоидных частиц обменными являются ионы водорода, то они адсорбируют из раствора содержащиеся в нем катионы. Содержание водородных ионов в результате обмена увеличивается. Такие коллоиды иначе называют ацидоидами.
Примером ацидоида является коллоидная кремниевая кислота.
АH + В+ = АВ + Н+,
где А – точка на поверхности частицы;
В+ – одновалентный катион.
Отрицательно заряженные коллоиды, которые содержат в качестве противоионов катионы металлов (например, ионы кальция), адсорбируют обменным путем ионы Н+. В этом случае происходит катионный обмен:
ХСа2+ + 2Н+ = Х[Н+]2 + Са2+.
Отрицательно заряженные коллоиды, содержащие обменные катионы металлов, связывают вводимые в раствор ионы водорода, таким способом они противодействуют подкислению среды.
Положительно заряженные коллоиды, в которых обменными являются анионы, способны адсорбировать обменным путем ионы гидроксила:
ХА + ОН— = ХОН + А—.
Коллоид при этом связывает гидроксильные ионы, тем самым он противодействует подщелачиванию среды.
На описанных свойствах основано буферное действие коллоидов.
Следует учитывать, что катионный и анионный обмен зависит от реакции среды.
Если в среде, где происходит катионный обмен, есть ионы водорода, которые также участвуют в обмене, то количество адсорбированных из раствора катионов М+ будет тем меньше, чем ниже щелочность рН среды.