تعویض کاتیونی در کانی های رسی

تعداد بازدید: 2055
چهارشنبه 03 دي 1393

تعویض کاتیونی در کانی های رسی

تعویض کاتیونی در کانی های رسی (Cation Exchange in Clay Minerals) به بررسی این موضوع می پردازد که به طور کلی یک کانی رسی چگونه کاتیون های خاص را در محیط انتخاب نموده و آن ها را جذب می نماید و چگونه می توان یک کاتیون مشخص مورد نظر را به رس تحمیل نمود. نوع کاتیون جذب شده به وسیله رس عامل بسیار موثر و تعیین کننده ای در بسیاری از خواص و رفتار رس ها است. بنابراین در صنعت سرامیک عملا در بسیاری موارد نیاز است که یک کاتیون مشخص از رس گرفته شده و کاتیون دیگری جایگزین شود. برای انجام این کار باید به طور کلی اصول، قوانین و چگونگی جذب کاتیون ها به وسیله رس و دیگر موارد مربوطه کاملا شناخته شده باشند.

اگر به عنوان مثال کاتیون جذب شده (جهت خنثی نمودن بار منفی شبکه کانی رسی) با حرف M مشخص شود، بنابراین می توان چنین رسی را به  عنوان رس M یا Mclay مشخص نمود‌. این رس در آب به صورت زیر تا حدی یونیزه می شود:

بار الکتریکی موجود در رس را می توان به صورت بسیار ساده به وسیله قرار دادن دو الکترود در سوسپانسیون رس و آب مشخص نمود. در این صورت مشاهده خواهد شد که کاتیون M در اطراف الکترود منفی و ذرات رس در اطراف الکترود مثبت جمع خواهند شد.

کاتیون M+ می تواند از رس گرفته شود و به وسیله کاتیون دیگری که در اینجا با حرف N+ نمایش داده می شود، جایگزین شود. جهت انجام چنین عملی باید محلول نمک کاتیون N+ به سوسپانسیون اضافه شود. این محلول نمک به صورت NA نمایش داده می شود. واکنش به صورت زیر خواهد بود:

مقدار کاتیون N+ که جایگزین کاتیون +M خواهد شد عمدتا به عوامل زیر بستگی خواهد داشت:

1- مقدار و غلظت نمک مصرفی

2- اندازه دو کاتیون M و N

3- ظرفیت های دو کاتیون M و N

4- مقدار حلالیت نمک حاصل (MA)

به طور کلی غلظت بیشتر محلول NA و حلالیت کمتر نمک MA باعث می شوند که کاتیون N+ در رقابت با کاتیون M+ امکان موفقیت بیشتری داشته باشد. از طرف دیگر اصولا رس ترجیح می دهد که کاتیون هایی با اندازه کوچکتر و ظرفیت بیشتر را جذب نماید. بدیهی است که در رقابت کاتیون های M و N، کلیه عوامل مذکور موثر بوده و صرفا یک عامل تنها، تعیین کننده نخواهد بود. در زیر معمول ترین کاتیون ها بر حسب علاقه ای که رس نسبت به جذب آن ها دارد مرتب شده اند. همچنان که مشاهده می شود به طور کلی کانی های رسی کاتیون های H+ را به کلیه کاتیون های دیگر ترجیح می دهند:

H+>Mg2+>Ca2+>Li+>Na+>K+

با توجه به ترتیب فوق بدیهی است که به عنوان مثال Na+ به راحتی جای خود را به H+ و یا Ca2+ خواهد داد. ولی متقابلا به راحتی نمی توان کاتیون های H+ و یا Ca2+ را به وسیله Na+ جایگزین نمود.

به طور کلی تعویض یک نوع کاتیون (M+) با کاتیون دیگر (N+) به تعویض کاتیونی و یا تعویض باز (base exchange) مشهور بوده و این عمل به خصوص در مورد فلوکولاسیون یا دفلوکولاسیون سوسپانسیون های سرامیک بسیار مهم است. به عنوان مثال جذب Na+ به وسیله رس باعث روانی و جذب Ca2+ و یا H+ با عث انعقاد سوسپانسیون می شود و مقدار کاتیونی که یک رس به این طریق جذب و یا تعویض می کند نیز به ظرفیت تعویض کاتیونی و یا cation exchange capacity مشهور است. ظرفیت تعویض کاتیونی معمولا به طور خلاصه با c.e.c نمایش داده می شود. به طور کلی مقدار c.e.c کم بوده و با واحد میلی اکی والان گرم از کاتیون جذب شده در 100 گرم رس نمایش داده می شود. (m.e/100gr)

باید توجه داشت که جانشینی ایزومرفی در حقیقت تنها عامل تعویض کاتیونی نیست بلکه یک عامل دیگر یعنی عامل پیوندهای شکسته نیز در ایجاد این پدیده موثر است. بدیهی است که در واقع شبکه کانی رسی نمی تواند تا بی نهایت ادامه داشته باشند. این ظرفیت های خنثی نشده نیز می توانند باعث جذب یون ها شوند، ولی باید توجه داشت که در لبه های ذرات رس هم کاتیون ها و هم آنیون ها می توانند جذب شوند. چرا که پیوندهای شکسته هم دارای بار منفی و هم دارای بار مثبت هستند.

به طور کلی عامل اصلی تعویض کاتیونی در مونت موریلونیت ها جانشینی ایزومرفی و در کائولینیت ها عامل پیوند های شکسته است. با توجه به این توضیحات واضح است که به دلیل وسعت زیاد جانشینی ایزومرفی در مونت موریلونیت، مقدار کاتیون مورد نیاز، و به عبارت دیگر مقدار c.e.c زیاد خواهد بود (70-150 m.e/100gr) در رس های حاوی کائولینیت مقدار c.e.c بسیار کمتر است. این مقدار در کائولن ها حدود 3-6m.e/100gr  و در بالکلی ها و خاک های نسوز  15-40 m.e/100gr است.

  تعویض کاتیونی،cation exchange

همان طور که ذکر شد، رس ها تمایل دارند که یون های کوچک مانند H+ و یا یون هایی با ظرفیت بالا را در مقایسه با یون های بزرگ یک ظرفیتی مانند Na+ جذب کنند. حال اگر قرار باشد Na+ جانشین کاتیون های Ca2+ و یا H+ در یک کانی رسی شود، این عمل مستلزم آن است که غلظت محلول حاوی Na+ زیاد باشد و کاتیون های H+ و Ca2+ به صورت ترکیبات نامحلول یا غیر قابل یونیزاسیون درآیند. فرض کنیم یک رس کلسیم دار را با محلول هیدرواکسید سدیم (سود) ترکیب کنیم. واکنش به صورت زیر خواهد بود:


در چنین محیطی یون های کلسیم حاصل از یونیزه شدن هیدراکسید کلسیم به صورت کاملا آزاد می توانند با یون های سدیم برای جذب در سطح رس رقابت نمایند، و واضح است که در این رقابت یون های کلسیم پیروز خواند بود و بنابراین واکنش به سمت چپ تمایل خواهد داشت.

حال اگر به جای هیدرواکسید سدیم از محلول کربنات سدیم به عنوان روان کننده استفاده شود واکنش به شکل زیر تغییر خواهد کرد:

کربنات کلسیم دارای حلالیت بسیار کم و تقریبا نامحلول است. بنابراین در این مورد کاتیون های Na+ دارای رقیبی نبوده و بنابراین به راحتی می توانند به جای Ca2+ در سطح رس جذب شده و رس سدیم دار  (Na clay) به وجود آورند.

چنانچه رس موجود به جای رس کلسیم دار، رس هیدروژن دار باشد عکس حالات فوق اتفاق می افتد. زیرا در صورت استفاده از NaOH آب حاصل به مقدار بسیار کمی یونیزه خواهد شد و عملا کاتیون های Na+ در رقابت با کاتیون های H+ پیروز خواهند بود. ولی چنانچه از کربنات سدیم استفاده شود، اسید کربنیک حاصل به راحتی یونیزه شده و کاتیون های H+ اجازه جذب به کاتیون های Na+ را نخواهند داد. واکنش ها به صورت زیر خواهند بود:

منابع و پیوندها

 

تعویض کاتیونی در کانی های رسی از دید wikipedia.org

In soil science, cation-exchange capacity (CEC) is the maximum quantity of total cations, of any class, that a soil is capable of holding, at a given pH value, available for exchange with the soil solution. CEC is used as a measure of fertility, nutrient retention capacity, and the capacity to protect groundwater from cation contamination. It is expressed as milliequivalent of hydrogen per 100 g of dry soil(meq+/100g), or the SI unit centi-mol per kg (cmol+/kg). The numeric expression is coincident in both units...more

بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر