離子交換親和力

簡介

離子在離子交換樹脂上的交換能力稱為離子交換樹脂對離子的親和力，同一離子交換樹脂對不同離子的親和力不同。這種親和力與水合離子的半徑、電荷及離子的極化程度有關。水合離子的半徑越小，電荷越高，離子的極化程度越大，其親和力也越大。由於樹脂對不同離子的親和力大小的不同，樹脂具有一定的選擇性。

離子交換樹脂對不同離子的親幫力大小，可用離子水合理論作初步的解釋。這種理論認為：離子與若干個水分子結合，形成水合離子，陽離子的水合程發隨著離子半徑的減小以及電荷數的增大而增加。由於樹脂吸留離子主要是靠靜電引力，因此，樹脂對離子的親和力的大小就決定於水合離子的大小和電荷數的多少。例如：

、

，

的水合離子電荷數相同，水合離子半徑依次減小，樹脂對這些離子的引力就依次增強，因此親和力依次增強。

(1).對於不同價態的離子，所帶電荷數越高，親和力越大。以下離子的親和力大小順序：Na⁺< Ca²⁺< Al³⁺< Th⁴⁺

(2).當離子價態相同時，親和力隨水合離子半徑減小而增大。

對於常見的一價陽離子，親和力大小順序為：Li⁺< H⁺< Na⁺< NH4⁺< K⁺< Rb⁺< Cs⁺< Tl⁺< Ag⁺

對於二價陽離子，順序為：Mg²⁺< Zn²⁺< Co²⁺< Cu²⁺< Cd²⁺< Ni²⁺< Ca²⁺< Sr²⁺< Pb²⁺< Ba²⁺

(3)稀土元素的親和力隨原子序數增大而減小．主要是由於鑭系收縮現象所致。

此類樹脂對

的親和力比其他陽離子大，除此之外，親和力大小順序與強酸型陽離子交換樹脂相同。

常見陰離子的親和力順序為：F^-< OH^-< CH₃COO^-< HCOO^-< H₂PO₄^-< Cl^-< NO₂^-< CN^-< Br^-< C₂O₄^2-< NO₃^-< HSO₄^-< I^-< CrO₄^2-< SO₄^2-< 檸檬酸根離子。

由於樹脂對離子親和力的不同，進行離子交換時．就會呈現一定的選擇性。若溶液中各種離子的濃度相同，則親和力大的離子先被交換，親和力小的後被交換。當用合適的洗脫劑洗脫時，後被交換的離子先被洗脫下來，從而實現分離。

離子交換分離一般都是在交換柱上進行的，其操作過程包括：

1．樹脂的選擇和處理

根據分離的對象和要求，選擇適當類型和粒度的樹脂。樹脂先用水浸泡，再用4～6 mol·L^-1HCI溶液浸泡以除去雜質，並使樹脂溶脹，最後用水沖洗至中性，浸於水中備用。此時，陽離子樹脂已處理成H⁺型，陰離子樹脂已處理成Cl^-型。

2．裝柱

裝柱時應注意避免樹脂層中出現氣泡現象，因此經過處理的樹脂應該在柱中充滿水的情況下裝入柱中。樹脂的高度一般約為柱高的90%，為防止樹脂的乾裂，樹脂的頂部應保持一定的液面。

3．交換

將待分離的試液緩慢地傾入柱中，並以適當的流速由上而下流經柱中進行交換。交換完成後，用洗滌液洗去殘留的溶液及從樹脂中被交換下來的離子。