Файл: Реферат направление 04. 03. 01 Химия Дисциплина Хроматография и ионный обмен в химическом анализе и производстве.pdf

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВО «ВГУ»)
Химический факультет
Кафедра аналитической химии
Молекулярные сита
РЕФЕРАТ
Направление - 04.03.01 Химия
Дисциплина – Хроматография и ионный обмен в химическом
анализе и производстве
Выполнил студент 4 курса 3 группы
(подпись)
Швец Анастасия Юрьевна
Проверил
___________ д.х.н., доц. Хохлова О. Н.
(оценка)
_____________
(подпись)
Воронеж 2022

2
Оглавление
Введение ................................................................................................................... 3
Цеолиты .................................................................................................................... 4
Органические молекулярные сита ......................................................................... 9
Заключение ............................................................................................................ 10
Список используемой литературы ...................................................................... 11

3
Введение
Молекулярные сита – сорбенты, избирательно поглощающие из окружающей среды вещества, молекулы которых не превышают определённых размеров.
Молекулярные сита можно разделить на органические и неорганические
(минеральные). Выделяют также ионитовые сита – молекулярные сита, содержащие ионогенные группы и способные к ионному обмену.
Далее рассмотрим подробнее эту классификацию.
Молекулярные сита находят самое широкое применение в физических, физико-химических и химических процессах, чаще всего в качестве селективных сорбентов, обеспечивающих разделение смесей продуктов различных молекулярных типов.

4
Цеолиты
Неорганические молекулярные сита имеют жёсткую кристаллическую структуру, в которой находятся полости, соединённые между собой узкими каналами «порами» или «окнами».
Некоторые алюмосиликаты — природные и синтетические цеолиты — характерные представители молекулярных сит этого типа.
Цеолиты - это пористые кристаллические водные алюмосиликаты с каркасной структурой, характеризующиеся также регулярной геометрией пор.
По структурной характеристике цеолиты делятся на:

трёхмерные каркасные структуры (филлипсит и шабазит);

волокнистые структуры (натролит и сколецит);

пластинчатые (или листоватые) структуры (гейландит и клиноптилолит)
Кристаллические структуры цеолитов состоят из тетраэдров.
В цеолитах алюминий, как и кремний находится в тетраэдрической координации по кислороду, он замещает кремний в общем каркасе.

5
Рис.1. Структурный первичный тетраэдрический элементы цеолитов
Многообразие алюмосиликатов объясняется разными способами соединения этих тетраэдров, которые обычно сочленяются вершинами с образованием связей Si-O-Si и Si-O-Al.
Рис.2. Способы соединения кремне(алюмо)силикатных тетраэдров: а) отдельный тетраэдр, б) два тетраэдра с общей вершиной, в) фрагмент простой цепи, г) фрагмент «ленты», д) фрагмент «листа»

6
Рис.3. Структура анальцима
В каркасной структуре обязательно присутствуют катионы щелочных или щелочноземельных металлов. Их количество строго равнозначно содержанию алюминия. Данная особенность объясняется с точки зрения необходимости компенсации заряда избыточного электрона в тетраэдрических оксидных группах алюминия.
В отличие от электронейтрального кремниевого каркаса, алюмокремниевые каркасы будут нести избыточные отрицательные заряды. В связи с этим, у всех цеолитов суммарное содержание щелочных и щ/з металлов соответствует соотношению
(Me
2
O + MeO) : Al
2
O
3
= 1.
Ценность цеолитов как раз и обусловлена общим для этих минералов каркасом, образующим систему полостей и каналов, размер входных окон которых достаточно велик (0,260 – 0,270 нм, 3 — 6 ангстрем), чтобы в них

7 могли проникнуть молекулы и ионы большинства неорганических и органических соединений.
Как уже было сказано, в полостях содержится поглощенная вода и катионы щелочных и щелочноземельных металлов, которые химически слабо связаны с каркасом. Соответственно, они подобно губке, способны вбирать и прочно удерживать самые различные загрязнения. В их числе — тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть, мышьяк), радионуклиды (стронций, цезий), нитраты и нитриты, аммиачные соли (соли аммония), масла, нефтепродукты и еще целый спектр химических и биологических загрязнений.
Например, при пропускании через цеолит, «заряженный» ионами натрия и хлора, раствор нитрата свинца, на выходе получается раствор поваренной соли.
Способность природных цеолитов обменивать катионы впервые была обнаружена около 150 лет назад. Поскольку ионный обмен на цеолитах протекает достаточно легко, их сразу же стали изучать с точки зрения использования для смягчения воды. Однако кристаллические цеолиты не нашли промышленного применения в качестве водосмягчителей. Тем не менее интерес к цеолитам не пропал, вскоре их начали использовать в различных отраслях промышленности.
Большинство цеолитов имеют трехмерную каркасную структуру, и поэтому параметры их решеток при ионном обмене существенно не изменяются.
Поведение цеолитов в процессе катионного обмена зависит от следующих факторов:

природы катиона, его заряда и размера в дегидратированном и гидратированном состояниях;

8

температуры;

концентрации катиона в растворе;

природы аниона, ассоциирующего с катионом в растворе;

растворителя;

структурных особенностей данного цеолита.
Селективность по отношению к отдельным катионам, которую проявляют цеолиты, не укладывается в рамки закономерностей, установленных для других органических и неорганических ионообменников.
Специфический характер ионообменных процессов на цеолитах обусловлен особенностями их кристаллической структуры.
Обмен катионов в цеолите может резко изменить его стабильность, сорбционные характеристики, в том числе селективность, а также каталитическую активность и другие важные физические свойства.
Ионообменная ёмкость цеолитов — один из основных параметров, характеризующих их сорбционные и технологические свойства.
Максимальная ионообменная ёмкость соответствует полному замещению одного иона другим во всех кристаллических позициях. Суммарная катионная
ёмкость 87 мг-экв/100 г породы.

9
Органические молекулярные сита
Органические молекулярные сита — гелевидные сорбенты, получаемые на основе высокомолекулярных соединений. Структура таких сорбентов представляет собой пространственную сетку из цепочечных макромолекул,
«сшитых» в отдельных точках химическими связями.
Из гелевидных молекулярных сит промышленного производства наиболее распространены различные типы сефадекса — сорбента на основе декстрана (декстраны, сшитые поперечными связями эпихлоргидрином).
Рис.4. Возможная структура геля Сефадекс
Рис.5. Декстраны

10
Заключение
Итак, молекулярные сита – это цеолитные и цеолитоподобные, а также углеродные и полимерные наноструктуры с пространственно-регулярной системой каналов и полостей, имеющие определенные особенности и различные варианты применения.
Молекулярные сита используются в качестве катионообменных материалов (разделение веществ с помощью ионообменного механизма) – например, при:

умягчении водных потоков от катионов тяжелых металлов и поглощении радионуклидов в атомной энергетике синтетическими цеолитами

очистке гальванических стоков машиностроительных производств и т.д.
В качестве ионообменников используются анальцим, филлипсит и сколецит.
Также цеолиты применяются для разделения смесей углеводородов различного строения.
Органические молекулярные сита используются в качестве сорбентов в гель-хроматографии, ионообменной и гидрофобной хроматографии и электрофорезе.

11
Список используемой литературы
1. Преображенская М.Е., Декстраны и декстраназы. Успехи биологической химии, т. 16, М., 1975, с. 214-35 2. Шуктомова И.И., Рачкова Н.Г. Свойства цеолитов и их применение [Текст]
/ Шуктомва И.И., Рачкова Н.Г. // Вестник ИБ. – 2010. - №8. – С. 9.
3. Жданов С.П. Синтетические цеолиты: Кристаллизация, структурно- химическое модифицирование и адсорбционные свойства / С.П. Жданов, С.С.
Хвощев, Н.Н. Самулевич. – М.: Химия, 1981. – 135 с.
4. Детерман Г., Гель-хроматография, пер. с нем., М., 1970 5. Кубасов А.А. Цеолиты – кипящие камни // Соросовский Образовательный
Журнал. 1998. № 7. С. 70–76.
6. Анализ синтетических цеолитов [Текст] / Д.А. Лобанов, В.О. Лукин, И.И.
Фатыхов. – Зеленодольск. 201 с.
7. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. - М.: Мир, 1976. - 782 с.