对电解质溶液的吸附

8.3.2　对电解质溶液的吸附

固体自电解质溶液中的吸附可分为两类，一种是电解质的正、负离子都被吸附，如离子晶体对溶液中电解质的吸附。另一种是离子交换吸附，如离子交换树脂、粘土、沸石、分子筛等，在溶液中都会产生离子交换吸附。

1.离子晶体表面对溶液中电解质的吸附

离子晶体表面对溶液中的电解质的吸附总是某种电荷的离子(正离子或负离子)较多地被吸附在其表面上，与吸附离子相反电荷的离子则较多地分布在表面附近，造成固体表面附近正负电荷不重合，形成了“双电层”。究竟哪种离子较多地吸附在固体表面上，这将取决于固体和电解质的种类和性质。一般来说，晶体表面将选择吸附可形成难溶盐或难电离的化合物的离子。例如：由AgNO₃和KBr溶液混合后制得AgBr沉淀，若KBr溶液过量，则AgBr晶体表面将选择吸附Br^－离子，而不是其它离子，所以这时AgBr带负电。若AgNO₃溶液过量，则AgBr吸附Ag⁺，这时AgBr沉淀带正电。显然在这些情况下，化学作用力起主要作用。当然，也有些情况是静电吸引起主要作用，如电解质溶液对胶体的聚沉作用，胶体粒子对离子的吸附强弱将随其价数的增加而增强。但是也经常遇到静电吸引与化学作用两者都起作用的情况。离子在固体表面上的吸附是Langmuir型吸附，即单离(分)子层的吸附。

如果吸附剂是非极性，则吸附情况与吸附剂化学组成以及表面处理有关。例如活性炭在电解质溶液中的吸附规律与其灰分以及表面上所吸附的气体有很大关系。无灰分和未吸附气体的活性炭对于强酸和强碱都不吸附。如果其表面上吸附了一些氧，表面上一个氧离子与一个水分子反应。在活性炭表面上生成两个氢氧离子，因此能吸附强酸而不能吸附强碱。如果遇到中性盐，这种炭能使之水解，水解生成的酸被吸附掉一些，水解生成的碱留在溶液中，结果使溶液的pH值增大。如果活性炭上吸附了一些氢，则表面上就形成一层氢离子，因此它能吸附强碱而不能吸附强酸。遇到中性盐时，也会发生水解吸附，活性炭能吸附水解的碱，而将酸留在溶液中，使溶液的pH值降低。

2.离子交换吸附

离子交换吸附是指离子交换剂与电解质溶液接触后，离子交换剂上可交换的离子与溶液中相同电性的离子进行化学计量的交换反应，所以它与固体的吸附或吸收现象不同。离子交换剂上若带有可交换的阳离子则称为阳离子交换剂，反之称为阴离子交换剂。离子交换可用下列式子表示。

阳离子交换剂：

2NaX(固)+CaCl₂(液)=CaX₂(固)+2NaCl(液)

阴离子交换剂：

2XCl(固)+NaSO₄(液)=X₂SO₄(固)+2NaCl(液)

式中X表示离子交换剂的母体，目前最常用的是用苯乙烯与二乙烯苯合成的具有网状结构的高聚物，网状结构形成之后，进行磺化反应就得到磺酸型正离子交换树脂；若将网状结构进行氯甲基化，再与胺作用，可得到氮基型负离子交换树脂。

离子交换吸附的应用非常广泛，如工业上常用这种离子交换吸附作用来提纯原料或产品。可使硬水软化、海水淡化和制得无离子水等。在农业上向土壤施肥时，土壤中的粘土就是通过离子交换将植物所需要的肥料储存在土壤中而不致损失，其交换过程可表示为：

粘土·Ca+2N→粘土·2NH₄+Ca²⁺

影响离子交换吸附因素很多，主要有三个方面：离子交换剂、交换离子的本性以及实验条件。

(1)离子交换剂的本性

不同交换剂对同离子的交换能力，决定于交换剂上活性基团的特性和交换剂表面的大小等。各种交换剂的交换能力，通常用交换容量来表征。每千克干燥离子交换剂所能交换离子的物质的量，称为该种离子交换剂的交换容量，它是离子交换剂的重要特征之一。

(2)交换离子的本性

同一交换剂对不同离子的交换能力，决定于交换离子的本性，如离子的大小、离子的电荷等。在室温及稀水溶液的条件下，有如下经验规律：

阳离子的交换能力，随离子价数的增大而增加。对同价阳离子则随原子序数的增大(或水化半径的减小)而增加。例如：

Fe³⁺＞Al³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺

Cs⁺＞Rb⁺＞K⁺＞N＞Na⁺＞H+＞Li⁺

阴离子的交换能力按下列顺序依次减小。

I^－＞HS＞N＞CN^－＞S＞Cl^－＞HC＞H₂P＞HCOO^－＞F^－＞OH－

(3)溶液中被交换离子的浓度

离子交换吸附是一种“可逆过程”，根据平衡移动原理，若溶液中被交换离子的浓度增加，则平衡向吸附的方向移动，因而使交换量增加。

(4)介质的pH值

对于弱酸性或弱碱性交换剂来说，溶液pH值的改变将影响交换剂上的活性基团的电离度，从而影响交换量。显然，对阴离子交换剂来说，pH值愈小则交换量愈大；而对阳离子交换剂来说，则恰好相反。