Энергии активации ионообменных процессов

  • Владимир Алексеевич Шапошник Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия
Ключевые слова: энергии активации, ионообменники, электропроводность, кулоновское взаимодействие, водородная связь, квантово-химический расчет

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 20-50оС 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.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биография автора

Владимир Алексеевич Шапошник, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия

д.х.н., проф. каф. аналитической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Литература

Arrhenius S. Űber die Reactionsgeschwidigkeit bei der Inversion von Rohrzucher durch Säuren. Zeitschrift fur Physikalische Chemie. 1889; 4; 226.

Puri R.P., Duke F.R., Lomnes J. Electrical Conductance Studies on an Ion Exchange Resin. Iowa State College Journal of Science. 1956; 31(1): 25-31.

Nikolaev N.I. Diffusion in membranes. M. Khimia. 1980. 232 p.

Volkov V.I., Chernyak A.V. Molecular and Ionic Diffusion in Ion Ion Exchange Membranes and Biological Systems (Cells and Proteins) Studied by NMR. Membranes. 2021; 11: 1-71.

Kokotov Yu.A., Pasechnik V.A. Equilibrium and kinetics of ion exchange. L.: Khimia 1970. 336 p.

Badessa T.S., Shaposhnik V.A. Electrical Conductance on Ion Exchange Membrane using Contact-Difference Method. Electrochimica Acta. 2017.; 231: 453-459.

Pauley J.I. Prediction on of Cation-exchange Equilibria. J. Amer. Chem. Soc. 1954; 76: 1422-1425.

Debye P. Polar molecules. N.Y. 1929. 247 p.

Shaposhnik V.A., Butyrskaya E.V. Computer modeling of the structure of the cation exchange membrane and the elementary act of transport of hydrated ions. Russian Journal of Electrochemistry. 2004; 40(7): 880-883.

Eisenberg H., Kauzmann W. Structure and properties of water. L.: Hydrometeoizdat. 1975. 280 p.

Shakhparonov M.I. Mechanisms of fast processes in liquids. M.: Higher School. 1980. 352 p.

Shaposhnik V.A. Diffusion and electrical conductivity in aqueous solutions of strong electrolytes. Russian Journal of Electrochemistry. 1994; 30(5): 638-643.

Dolgonosov A.M. To the discussion on the nature of selectivity of strong ionites. Sorbtsionnye I khromatograficheskiye protsessy. 2021; 21(4): 606-609. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3646 (In Russ.)

Опубликован
2022-12-20
Как цитировать
Шапошник, В. А. (2022). Энергии активации ионообменных процессов. Сорбционные и хроматографические процессы, 22(5), 622-629. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/10683