ИОНИТЫ Баранкин А.В., Зайцев А.А. 10 "А" класс МОУ Борская

ИОНИТЫ
Баранкин А.В., Зайцев А.А.
10 "А" класс МОУ Борская средняя общеобразовательная школа №1
"Образовательный центр"
Научный руководитель – учитель химии Усачёва Л.В.
Объектом нашего исследования являются иониты. Иониты представляют собой
полимерные
практически
нерастворимые
в
воде
вещества,
содержащие
активные
ионогенные группы, способные обменивать подвижный ион активной группы на ионы
растворённых в воде электролитов. Наиболее широко применяются синтетические
органические иониты. Обычно иониты используются в виде зёрен размером 0,3-1,5 мм.
За годы, прошедшие после получения ионитов, они завоевали широкое признание как
материалы, пригодные для использования в различных отраслях народного хозяйства: для
очистки воды, вредных стоков промышленных предприятий, сахарного сиропа, молока, вин,
для извлечения и очистки важных лекарств, в качестве катализаторов, т.е. ускорителей
большого числа химических реакций.
Выполняя исследовательский проект, мы изучили строение ионитов, механизм
ионного обмена, исследовали некоторые области применения ионитов.
Проблема чистой воды становится всё более острой проблемой современности. Вода
не только нужна человеку для обеспечения его жизни, но без неё не обойтись ни в одной
отрасли промышленности. Человечество испытывает нужду в воде. Дело в том, что не всякая
вода годна к употреблению. Природная вода всегда содержит примеси, в ней растворены
различные соли. Когда вода содержит большое количество солей кальция и магния, она
называется жёсткой. В жёсткой воде плохо мылится и напрасно расходуется мыло. Накипь,
нежелательная даже в чайнике, иногда становится причиной взрывов при "питании" паровых
котлов. Наличие накипи резко снижает теплопередачу от труб к воде. Трубы не успевают
передать теплоту воде и перегреваются, прочность их падает, они раньше выходят из строя.
Слой накипи всего в несколько миллиметров снижает коэффициент полезного действия
котла на 10 %. Поэтому установлены нормы допустимого содержания солей жёсткости в
питательной воде для котлов.
В настоящее время доказано, что наиболее эффективными методами очистки воды
являются методы, связанные с использованием ионитов.
Мы провели экспериментальные исследования по ионному обмену: исследовали
катионит; осуществили "зарядку" катионита ионами водорода; исследовали аниониты;
осуществили "зарядку" анионита гидроксид-ионами; умягчили жёсткую воду, освободив её
от ионов кальция при помощи ионообмена.
Исследуя катионит, содержащий подвижные ионы H+, мы поместили зёрна Hкатионита в дистиллированную воду, добавили фиолетовый лакмус. Окраска не изменилась.
Но, если сюда же прилить раствор хлорида натрия и встряхнуть смесь, окраска мгновенно
сделается красной, что свидетельствует о наличии ионов водорода H+. Их отдал в раствор
катионит в обмен на эквивалентное количество ионов натрия Na+, которые, наоборот,
перешли из раствора в катионит. Произошёл обмен между катионитом и раствором:
Зерно
катионита
Зерно
катионита
H+
+ Na+
Na+
+ H+
Совершив экскурсию в котельную, мы ознакомились с использованием ионитов в
практике водоумягчения. Водоумягчение входит в систему водоподготовки – обработки
природной воды, используемой для питания паровых котлов.
Для устранения жёсткости воды методом ионного обмена или катионирования воду
пропускают через слой катионита. При этом катионы Ca2+ и Mg2+, находящиеся в воде,
обмениваются на катионы Na+, содержащиеся в применяемом катионите.
[R] 2-
Na+
/ Na
+
+ Ca2+
[R]2- Ca2+ + 2Na+
Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестаёт работать –
утрачивает способность умягчать воду. Для регенерации ионита через катионит пропускают
концентрированный раствор поваренной соли. При этом ионы Ca2+ и Mg2+ выходят в
раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na+.
Мы убедились, что применение ионитов чрезвычайно важно. Иониты используют для
уменьшения жёсткости воды и её обессоливания, для выделения и разделения разнообразных
неорганических и органических ионов. Ионный обмен используют в кожевенной,
гидролизной, фармацевтической промышленности для очистки растворов. С помощью
ионитов улавливают ионы ценных элементов из природных растворов и отработанных вод
различных производств. Промышленное производство антибиотиков, аминокислот оказалось
возможным и было значительно удешевлено благодаря использованию ионитов. Один из
надёжных способ очистки воды – использование домашних фильтров. Фильтры значительно
снижают содержание вредных элементов и придают воде полезные свойства.
Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что успехи химиков в области создания
новых ионитов позволят ещё шире использовать их в народном хозяйстве и на службе
здоровья человека.