Энергии активации ионообменных процессов

Аннотация

Были измерены контактно-разностным методом температурные зависимости удельных электропроводностей гетерогенных катионообменных мембран МК-41 и анионообменных мембран МА-41 в формах ионов различного заряда. Измерения проведены в интервале температур 20-50^оС и получены экспоненциально возрастающие зависимости удельных электропроводностей от температуры. По измеренным величинам с помощью уравнения Аррениуса были рассчитаны энергии активации.

Для расчета величин энергий активации мы предположили, что они являются суммой энергии кулоновского взаимодействия противоионов с фиксированными ионами и энергии разрыва водородных связей, образуемых гидратными молекулами воды противоионов и фиксированных ионов. Энергии разрыва водородных связей были рассчитаны неэмпирическим методом квантовой химии и по уравнению Планка для деформационных колебаний молекулы воды. Электростатическое взаимодействие противоионов и фиксированных ионов было рассчитано по интегральному виду закона Кулона. Для расчета расстояний между фиксированными ионами и противоионами, эффективных величин зарядов ионов были использованы результаты квантово-химических расчетов, а для расчета диэлектрической проницаемости теория полярных молекул Дебая. Анализ полученных результатов показал, что при ионном обмене однозарядных ионов определяющим величины энергий активации фактором является энергии разрыва водородных связей. Установлено, что при возрастании зарядов противоионов увеличивается кулоновское взаимодействие противоионов и фиксированных ионов и для трехзарядных ионов величины энергий кулоновского взаимодействия сравниваются с энергиями разрыва водородных связей. Рассчитанные нами величины энергий активации удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами.