Электростатическая теория селективности ионообменников
Аннотация
Ионообменники являются супрамолекулярными веществами, в которых сочетаются прочные
ковалентные связи (hard chemistry) со слабыми ионными и водородными связями (soft chemistry).
Ионные связи в ионообменниках ослаблены гидратацией противоионов и фиксированных ионов. Во-
дородные связи образуются между их гидратными молекулами. Элементарный транспортный акт
ионного обмена заключается в разрыве слабых связей. Задачей настоящей работы было определение
типа связи, определяющей селективность ионообменника.
Для определения энергии ионных связей был применён интегральный вид закона Кулона.
Используя допущения Полея были рассчитаны энергии электростатического взаимодействия фикси-
рованных ионов с противоионами. Установлено, что время удерживания катионов щелочных метал-
лов является положительной экспоненциальной функцией энергии энергий электростатического при-
тяжения противоионов фиксированными ионами. Коррекция параметров электростатического взаи-
модействия ионов была проведена неэмпирическими методами квантовой химии.
Для определения общей энергии разрыва связей противоионов с фиксированными ионами
(энергии активации) была измерена температурная зависимость электропроводностей ионообменных
мембран контактно-разностным методом. Энергии водородных связей были рассчитаны по разности
энергий активации и энергий электростатического притяжения противоионов фиксированными иона-
ми. В результате было установлено, что энергии элементарного транспортного акта в ионообменни-
ках для однозарядных ионов определяются преимущественно водородными связями, а для противо-
ионов более высокого числа зарядов кроме водородных связей существенную роль играют ионные
связи, Основным результатом исследования является доказательство определяющей роли электроста-
тического взаимодействия (ионных связей) в избирательности ионообменников.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цвет М.С.Избранные труды, М., Наука, 2013. 679 с.
2. Шпигун О.А., Золотов Ю.А. Ионная хроматография. М. Изд-во МГУ. 1990. 199 с.
3. Pauley J.L. // J.Amer. Chem. Soc. 1954. Vol. 76. pp. 1422-1425.
4. Дебай П. Полярные молекулы. М. Гос-научтехиздат. 1931. 247 с.
5. Шапошник В.А., Емельянов Д.Е., Дробышева И.В. // Коллоидный журнал. 1984. Т.
46. № 6. С. 1116-1119.
6. Wang J.H., Robinson C.V., Edelman I.S. // J. Amer. Chem. Soc. 1953. Vol. 75. p. 466.
7. Шапошник В.А. // Электрохимия. 1994. Т. 30. № 5. С. 638-643.
8. Бутырская Е.В., Шапошник В.А. // Журнал структурной химии. 2003. Т. 44. № 6. С. 1180-1185.
9. Badessa T.S., Shaposhnik V.A. // J. Membrane Science. 2016. Vol. 498. pp. 86-93.
