Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Скорость перемещения вещества по колонке обратно пропорциональна Умакс- Относительная скорость перемещения по колонке разделяемых ионов может быть рассчитана по уравнению
(йх/йх)г2
Си2 +
: (Со) - V,
V I /Си2+
(с1х/с1х)Со2 +
(Си)-У0
V 1 /со2+
(11.41)
Поскольку константы ионного обмена К+ на Со2+ и Си2+ приблизительно одинаковы (Кк+ Со2+ — Си2+), относительная скорость численно равна параметру, характеризующему относительную степень комплексообразования разделяемых ионов.
54
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Часть 1. Определение ПОЕ смолы КУ-2
Для проведения работы необходимы:
Хроматографическая колонка, заполненная 5 г смолы КУ-2.
pH-метр типа рН-340.
Градуированные пробирки.
Мерный цилиндр емкостью 250 мл.
Стакан емкостью 50 мл.
Бюретка.
3 М раствор HCl.
1,5 VW раствор NaCl.
0,2 VW раствор КОН.
Фенолфталеин.
В работе используется хроматографическая колонка, устройство которой изображено на рис. 16. Рабочий объем колонки 5, представляющей трубку с внутренним диаметром 10 мм и высотой 200 мм, заполнен сульфокатионитом КУ-2 с размером зерен 0,4—0,6 мм. Емкость 2 для элюента соединена с рабочим объемом колонки трубкой 4, благодаря которой создается избыточное гидростатическое давление, необходимое для прохождения раствора через слой ионита. Тонкий стеклянный стержень 3 способствует заполнению трубки раствором. Скорость пропускания раствора регулируется краном 6.
Предварительно переводят ионогенные группы ка-тионита в Н+-форму, пропуская через колонку 40 мл 3 ,М раствора НС1. Для этого 20 мл кислоты наливают в емкость 2 и через несколько секунд (после полного выхода пузырьков воздуха из трубки 4) открывают кран 6 и устанавливают необходимую скорость вытекания раствора (1 капля в 1 с). Когда уровень раствора опустится до нижней части трубки 4, закрывают кран 6 и наливают в емкость 2 новую порцию кислоты. Снова устанавливают оптимальную скорость элюирования.
Затем смолу промывают водой до тех пор, пока рН в вытекающем растворе не будет иметь значение 3,5—4,0. Для этого потребуется около 50 мл воды. Рекомендуется измерять рН после того, как из колонки выйдет 25—30 мл раствора. Отбирают алик-вотные части по -5 мл и анализируют их с помощью рН-метра.
Через подготовленную таким образом колонку пропускают 1,5 М раствор ЫаС1. Элюат собирают порциями по 3—4 мл в градуированные пробирки. В каждой пробирке определяют точный объем пробы и измеряют рН. Процесс вытеснения ионов Н+ из катионита
Рис. 16. Хроматографическая колонка:
/ — отводная трубка; 2— емкость; 3— стеклянный стержень; 4 — трубка; 5 — колонка с ионитом; 6 — кран.
5S
Таблица H. 5. Экспериментальные данные по определению ПОЕ смолы КУ-2.
Номер пробы Объем пробы, мл рН пробы Суммарный объем злюата V, мл
проводят до тех пор, пока рН элюата не будет иметь значение 2,7—3,0 Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. II. 5) и строят выходную кривую, т. е. зависимость рН от объема вышедшего элюата (суммарный объем проб).
Все растворы, содержащие вытесненную из смолы кислоту (остатки элюата в пробирках, растворы из кюветы рН-метра, вода после промывки пробирок и кюветы рН-метра), объединяют, сливают в мерный цилиндр и измеряют объем Уобщ. Из полученного раствора отбирают пипеткой аликвотную часть 10 мл и титрованием 0,2 M раствором КОН в присутствии фенолфталеина определяют концентрацию кислоты в объединенном растворе. Полную обменную емкость катионита КУ-2 рассчитывают по формуле (11.32).
Часть 2. Определение константы ионного обмена
Для проведения работы необходимы:
Хроматографическая колонка со смолой КУ-2. рН-метр типа рН-340.
Фотоэлектрический колориметр (ФЭК-56М). Градуированные пробирки. Стакан емкостью 50 мл. 3 M и 0,6 M растворы НС1.
Раствор соли кобальта(П) или меди(П) концентрацией 30 мг/мл.
Предварительно катионит переводят в Н+-форму, пропуская через него 40 мл 3 M НС1 (см. определение ПОЕ смолы КУ-2). Затем смолу промывают водой до тех пор, пока рН выходящего из колонки раствора не будет равно ~3. После этого в свободную емкость 2 (см. рис. 16) колонки вносят 1 мл 0,6 M раствора НС1, открывают кран 6 и дают впитаться кислоте в верхний слой смолы. Затем в емкость 2 наливают воду и собирают вытекающий раствор в пробирки порциями по ~ 1,5 мл (объем уточняют по градуировке пробирок) и измеряют значение рН в каждой пробе.
Строят график зависимости рН от объема вышедшего элюата и по минимальному значению рН определяют свободный объем колонки V0-
Через колонку пропускают 4 мл раствора соли меди или 2,5 мл раствора соли кобальта. Затем через колонку пропускают 3 M НС1 со скоростью 1 капля за 2 с для элюирования адсорбированных в верхней части слоя смолы ионов М2+. Порции элюата по
Рис. 17. Зависимость оптической плотности от ^пам V объема элюата.
56
Таблица П. 6. Экспериментальные данные по определению константы ионного обмена
Номер пробы D пробы Суммарный объем проб элюата V, мл
4 мл собирают в пробирки и с помощью- электрофотоколориметра определяют их оптическую плотность D, используя для растворов меди светофильтр с максимумом светопропускаиия при 620 нм, а для растворов кобальта — 480 нм. Раствором сравнения служит вода. Методика определения оптической плотности приведена в работе 17. Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. П. 6).
