Grenzflächenphänomene - Praktikum Physikalische Chemie - page 68

Zum Beispiel gilt für ein binäres Kationenaustauschsystem R-A/B mit der allge-
meinen Reaktionsgleichung

mR n A C nB mC • nR m B C mA nC

(2.6)

. c B /

n

. c A /

m

K AB D

m :

(2.7)

.

c B /

n

.

c A /

c i ,c i : Äquivalentkonzentration der Ionen i in der Harzphase bzw. in der Lösung.
Die Konstante K AB wird häufig Selektivitätskoeffizient genannt. Üblich ist auch,
das Gleichgewicht mit dem Verteilungsverhältnis K d . B / für die Ionen B zu beschrei-
ben:

K d . B / D c B = c B : (2.8)

Das Verteilungsverhältnis ist ein stoffspezifischer Wert, der vom Ionenaustauscher-
material, der Temperatur und entsprechend ( 2.6 ) auch von der Art und der Konzen-
tration der Gegenionen A abhängig ist. Je höher beispielsweise die Gegenionenkon-
zentration in der Lösung ist, desto kleiner wird - bei sonst gleichen Bedingungen -
das Verteilungsverhältnis K d . B / sein. Wenn daher Aussagen über die Affinität un-
terschiedlicher Coionen zu einem Austauscher getroffen werden sollen, sollte der
Vergleich nur bei gleicher Gegenionenkonzentration erfolgen.
Experimentell wird das Verteilungsverhältnis vorteilhaft im Gleichgewichtsver-
such (Batch-Technik) ermittelt, indem entsprechend

m B V H 2 O
V Harz m B

K d . B / D (2.9)

die Stoffmengen m der Ionen B im Harz bzw. in der Lösung bei vorgegebenen Harz-
und Lösungsvolumen V Harz bzw. V H2O nach Einstellung des Gleichgewichtszustan-
des bestimmt werden.
In der Praxis ergeben sich immer dann gewisse Schwierigkeiten, wenn Vertei-
lungsverhältnisse für die Ionen B bei einer ganz bestimmten Gegenionenkonzentra-
tion c A benötigt werden, da sich dieser Wert infolge der Austauschreaktion ändert.
Dies wird vor allem dann der Fall sein, wenn die ausgetauschte Stoffmenge B groß
ist. Die Anwendung von Radionukliden ist daher für die Ermittlung von Vertei-
lungsverhältnissen eine günstige Verfahrensweise.
Eine weitere Problematik besteht im Einfluss des Beladungsgrads BG des Har-
zes, da Verteilungsverhältnisse für vernachlässigbaren Beladungsgrad definiert
sind. Die Einstellung des Verteilungsgleichgewichts soll nämlich unbeeinflusst von
äußeren Bedingungen, etwa durch Beschränkung des Volumens einer Phase, erfol-
gen können. Ein hoher Beladungsgrad des Austauschers mit den Ionen B stellt eine
solche Einschränkung dar. Die Werte des Verteilungsverhältnisses sind dann nicht
nur von der Gegenionenkonzentration, sondern eben auch vom Beladungsgrad und
damit von der Ausgangskonzentration c B der Ionen B in der Lösung abhängig. In
der Darstellung der Funktion

c B D f . c B / (2.10)