Imię i nazwisko	Data	Temat ćwiczenia	Technologia chemiczna
Magdalena Kazimierska Angelika Sobisiak	21.03.2010r	Rozdział metodą chromatografii jonowymiennej	Niestacjonarne semestr II

Wymiana jonowa - podstawowe informacje

Wymiana jonowa to proces polegający na wymianie jonów pomiędzy jonitami a jonami występującymi w otaczającym je roztworze. Proces wymiany jonowej stosuje się do usuwania z wody substancji rozpuszczonych. Dobierając odpowiednio rodzaj stosowanych żywic jonowymiennych w trakcie procesu wymieniane są kationy lub aniony na jony ruchliwe grup funkcyjnych jonitów. Wymianę kationów zapewnia zastosowanie  kationitów, wymianę anionów zastosowanie anionitów. Dobór odpowiedniego układu kationitów i anionitów zapewnia demineralizację wody.
Kationity wymieniają swe jony wodorowe na kationy metali znajdujące się w wodzie, według reakcji

R-A^-H⁺ + Me⁺ <=> R-A^-Me⁺ + H⁺

gdzie: R - szkielet polimeru, A^- - grupa anionowa związana z polimerem (-SO₃^-, -COO^-)

W procesie wymiany jonowej rozpuszczone w wodzie jony metali wypierają z kationu jony wodorowe. Jony metali są zatrzymywane na powierzchni ziaren kationitu, a jony wodorowe przechodzą do wody powodując wzrost jej kwasowości.
Woda po przejściu przez kationit zostaje wprowadzona na anionit, na którym związane zostają aniony, zgodnie z reakcją;

R-B⁺OH^- + A^- <=> R-B⁺A^- + OH^-

gdzie: R - szkielet polimeru, B⁺ - grupa kationowa atomowo związana z polimerem (- NH₃⁺), =NH₂⁺)

Znajdujące się w wodzie aniony zatrzymywane są na powierzchni anionitu, a równoważna ilość jonów wodorotlenowych OH^- przechodzi do wody. Jony te reagują z jonami wodorowymi H⁺, pochodzącymi z wymiany kationów tworząc cząsteczki wody.
Jonity regeneruje się przepuszczając przez kationity dostatecznie stężony roztwór kwasu, a przez anionity roztwór zasady. procesy regeneracji jonitów można opisać równaniami:

- kationit R-A^-Me⁺ + H⁺ <=> R-A^-H⁺ + Me⁺
- anionit R-B⁺A^- + OH^- <=> R-A^-+OH^- + A^-

.

Wymieniacze jonowe (żywice jonowymienne)

Jonity określane również mianem wymieniaczy jonowych lub żywic jonowymiennych to substancje praktycznie nierozpuszczalne w wodzie które posiadają zdolność wymiany dodatnio lub ujemnie naładowanych jonów z roztworu elektrolitu na równoważne ilości jednoimiennych jonów wchodzących w skład jonitów.

Podziału wśród jonitów można dokonać ze względu na:

1. Rodzaj wymienianych jonów:

• kationity - wymieniające kationy (mają charakter kwasów lub soli)

Wśród kationitów dokonuje się podziału na:

• obojętne lub słabo kwaśne, posiadające słabo zdysocjowane grupy funkcyjne (-OH, -COOH, -SH, -CH2SH),

• silnie kwaśne, zdolne do wymiany wszystkich kationów, posiadające silnie zdysocjowane grupy funkcyjne (-SO3H, -CH2SO3H).

• anionity - wymieniające aniony (mają charakter zasad lub ich soli)

Anionity dzieli się na:

• słabo zasadowe,

• silnie zasadowe.

2. Pochodzenie i sposób otrzymywania:

• nieorganiczne: naturalne i syntetyczne,

• organiczne: naturalne, półsyntetyczne,  syntetyczne.

Chromatografia jonowymienna to rodzaj cieczowej chromatografii kolumnowej. Jest to metoda preparatywna używana do wydzielenia z mieszaniny żądanej substancji.

W tej metodzie chromatografii faza stacjonarna, złoże, jest obdarzona ładunkiem. Stanowi je zazwyczaj żywica jonowymienna, zawierająca obdarzone ładunkiem grupy funkcyjne, oddziałujące z przeciwnie naładowanymi grupami związków, które mają zostać zatrzymane przez nośnik:

• pozytywnie naładowany jonowymieniacz (anionit) wiąże aniony

• negatywie naładowany jonowymieniacz (kationit) wiąże kationy.

Związki związane z jonowymieniaczem mogą być wymyte z kolumny przez stopniową elucję, a także poprzez zmianę stężenia soli lub pH.

Tego rodzaju chromatografii używa się do oddzielania takich związków jak aminokwasy, peptydy i białka.

1.1.1

Po dodaniu kationitu roztwór z błękitnego zmienił się w bezbarwny, a żywica ze złotej na niebieską od chromu. Po dodaniu H₂SO₄ następuje odbarwienie kationity- stał się bezbarwny.

Cr(NO₃)₃ + 3H₂O -> Cr(OH)₃ + 3HNO₃

3RH + Cr³⁺ -> RCr^- + H⁺

R₃Cr + 3H⁺ -> 3RH + Cr³⁺

1.1.2

Po dodaniu anionitu roztwór zmienił kolor z różowego na bezbarwny, a żywica ze złotawej na różową.

1.1.3

Po dodaniu anionitu roztwór zmienił barwę z intensywnie żółtej na zieloną, a jonit z złotawego na bursztynowy.

2ROH + Cr₂O₇^2- -> R₂Cr₂O₇ + 2OH^-

1.2.1

Po dodaniu anionitu barwa roztworu zmieniła się z krwistoczerwonej na żółtopomarańczową.

Po dodaniu NH
F otrzymaliśmy bezbarwny roztwór i biały osad. Brak wyniku końcowego-niebieska barwa osadu.

3CoCl₂ + Fe₂(SO₄)₃ -> 2FeCl₃ + 3CoSO₄

Co²⁺ + SCN^- -> Co(SCN)₄^2-

Co(SCN)₄^2- + 3ROH -> R₂Co(SCN)₄

Na początku roztwór był koloru niebieskiego, a osad zielonego. Po dodaniu roztwór zmienia barwę na jasno niebieską, a następnie staje się bezbarwny. Osad przechodzi z zielonego przez błękitny do intensywnie niebieskiego.

Cu²⁺ + RH -> RCu + H⁺

RCu + 2NH_{3 aq} -> Cu(NH₃)₂ + RH

1.3.1

Woda wodociągowa - barwa fioletowa

Po dodaniu 22cm
EDTA barwa wody zmieniła się na niebieską.

T
= 22 ∙ 0,56 = 12,32

Woda po przejściu przez kolumnę ROH - barwa fioletowa

Po dodaniu 7cm
EDTA barwa wody zmieniła się na niebieską

T
= 7 ∙ 0,56 = 3,92

Woda po przejściu przez kolumnę RH - barwa niebieska

Po dodaniu EDTA barwa się nie zmieniła.

T
= 0 ∙ 0,56 = 0

1.3.2

Woda wodociągowa - roztwór mętny - duża ilość siarczanów

Woda po przejściu przez kolumnę ROH - roztwór lekko mętny - niewielka ilość siarczanów

Woda po przejściu przez kolumnę RH - roztwór klarowny - brak siarczanów

1.3.3

Woda wodociągowa - roztwór mętny - duża ilość chlorków

Woda po przejściu przez kolumnę ROH - roztwór lekko mętny - niewielka ilość chlorków

Woda po przejściu przez kolumnę RH - roztwór klarowny - brak chlorków

---