O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI
OLIY VA O’RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
MIRZO ULUG’BEK NOMIDAGI
O’ZBEKISTON MILLIY UNIVERSITETI
KIMYO FAKULTETI
POLIMER VA KOMPOZITSION MATERIALLAR KIMYOSI
YO’NALISHI IV BOSQICH TALABASI
TOLIPOVA MAFTUNA
KURS ISHI
“ION ALMASHINUVCHI POLIMER MATERIALLAR
(POLIAMFOLITLAR)“
Toshkent -2023
Reja:

Ionitlar klassifikatsiyasi

Poliamfolitlar

Poliamfolitlar xuxusiyatlari

Donnan yoki membrana muvozanati

Ion almashadigan materiallardan foydalanish
Klassifikatsiya
Ionitlar
Matritsaning tabiati
bo'yicha:
• Organik
• Noorganik
• Tabiiy
• Sintetik
Olinish usuli bo'yicha:
• Polimerizatsiya
• Polikondensatsiya
Ruxsat etilgan
ionlar turi
bo'yicha:
• Kationitlar
• Anionitlar
• Amfoter
(amfolitlar)
G'ovaklilik darajasi
bo'yicha:
• Izog’ovakli
• Makrog’ovakli
• Mikrog’ovakli
(gelsimon)
Tashqi shakli va
dispersiya darajasi
bo'yicha:
• Donador
• Granula
• Tolali
• Suyuq
Funktsional guruhlarning ionlanish
darajasiga ko’ra:
• Yuqori kislotali va ozgina kislotali
(kationitlar)
• Kuchli asosli, o'rta asosli, zaif asosli
(anionitlar)
3/
IONITLAR
Ionalmashinuv qatronlar yoki ionitlar deb uch o'lchamli to'rsimon
tuzilishga ega bo'lgan, atrof muhitdagi ionlar bilan o'z ionlarini
almashtira olish qobiliyatiga ega bo' lgan ionogen guruhlar tutgan polimer
sorbentlarga aytiladi.
Ushbu sinf polielektrolitlarining o'ziga xosligi shundaki, ular suv va boshqa erituvchilarda
erimaydi, lekin ularda ma'lum darajada bo'kishi mumkin. Ionitlarni umuman erimasligi ularni
amaliyotda ishlatilishi bilan bog'liq bo'lgan qat'iy talablardan biri bo'lib hisoblanadi. Chunki ular
ionalmashinuv minoralarida uzoq vaqt suv va boshqa erituvchilar bilan ta' sirlashuvda bo'ladi.
Ionitlarning eritmada erib ketmasligi uchun chiziqsimon makromolekulalar orasida ko'priklar
(choklar) hosil qilish yoki polimerni sintez qilish jarayonida bifuntsional va polifunktsional
monomerlardan (choklovchi vositalar) foydalanish yordamida amalga oshiriladi. Ushbu ko'priklar
miqdori va uzunligini belgilaydigan to' rning zichligi reaktsiyada ishlatilgan "choklovchi"
moddaning miqdori va tabiatiga bog'liq bo'lib, u ionitlarning fizik-kimyoviy: xossalariga. kuchli
ta'sir ko'rsatadi.
1850-yillarda. kimyogarlar G. Tompson va J. R. Ueyn tabiiy ionit (tuproqlar) birinchi marta ion
almashinuvi fenomenini kashf etdi.
Ionitlarning eng muhim miqdoriy xarakteristikasi – yutish qobiliyati yoki almashinish qobiliyati
quruq ionitning massa birligiga (to'liq almashinuv sig'imi) yoki shishgan ionitning birlik hajmiga
qarab almashinadigan ionlar soni bilan ifodalanadi. Masalan., loy minerallarining umumiy
almashinuv hajmi 0,05–1,3 mmol/g, seolitlar – 2,5–4,5 mmol/g. ko'pgina ion almashinadigan
qatronlar almashinuvi hajmi 1-12 mmol/g.
Hozirda ionitlarning ko'plab turlari mavjud bo'lib, ularni sinflashda asosan olinishi va ionalmashinuv
guruhlarining tabiatiga ko'ra amalga oshiriladi. Olinishiga ko'ra ionitlarni standart yoki gelsimon,
makrog' ovakli va aralash qatlamdagi ionitlarga bo'lish mumkin.
Gelsimon ionitlar odatda blokda sintez qilinib, fazoviy choklangan ivtuzilishga ega polimer va
sopolimerlar asosida olinadi. Ko' pchilik hollarda gelli ionitlarni mikrog'ovakli ionitlar deb ham
yuritiladi.
Makrog 'ovakli ionitlar ikki monomerning uch o'lchovli sopolimerlanishini ular yaxshi eriydigan lekin
reaktsiyada qatnashmaydigan indifferent suyuklik ishtirokida olib borish orqali olinadi. Misol uchun,
stirolni divinilbenzol bilan sopolimer lanishida indifferent suyuqlik sifatida n- geptan, izooktan, dekan,
yugori spirtlar va boshqalar ishlatiladi.
Aralash qatlamli ionitlar - bu ionitlar qarama-qarshi xarakterga ega guruhli monomerlarni shimdirib
so'ngra ularni polimeriash orqali olingan kationit va anionitlarning mexanik aralashmasidir.
Eritmalarni ushbu ionitlar yordamida turli ionlardan tozalash juda yuqori samara beradi (tozalashning
yugori sifathligi, biologik ob'ektlarni ionlardan tozalashda muhim bo'lgan neytral muhitda jarayonning
olib borish imkoniyati va boshqalar).
Kationitlar - bu fiksirlangan manfiy makroion va almashinishga qodir xarakatchan musbat zaryad
tutgan ionlardan tashkil topgan choklangan tuzilshga ega polikislota va ularning tuzlaridir. Kationitlar
tarkibiga - COOH, -SO3H, -OH, -SH, fosfat, mishyak kislotalari qoldiqlari va boshqa guruhlar kiradi.
Misol tariqasida ko'p tarqalgan KU-1 va KU-2 kationitlarini keltirish mumkin.
KU-1 - bifunktsional kationit : bo'lib,, fenol va
formaldegidning kondensatsiyasi mahsulotidir
(ionalmashinuvchi guruhlari -S03H va -OH).
KU-2 - monofunktsional kationit bo’lib, u stirol va
divinilbenzolning
.
sopolimerini
sulfolash.
yordamida
olinadi. Ushbu kationit tarkibidagidivinilbenzol choklovchi
vosita sifatida qatnashadi.
Anionitlar - bu fiksirlangan musbat makroion va o'rin almashinishga godir manfiy zaryadga ega
xarakatchan kichik ionlardan tashkil topgan ermaydigan choklangan poliasoslar va ularning
tuzlaridir. Ularning tarkibiga asosli xossaga ega bo'lgan -NH2, -N+H3OH- -NHR, -NR2,
to'rtlamchi sulfonilli va fosfonili asoslar qoldiqlari va boshqalar kiradi. Sanoatda keng
ishlatiladigan anionitlarga misol tariqasida AB-17 va AB-16 keltirish mumkin.
AB-17 - monofunktsional anionit bo'lib,
stirol va divinilbenzol asosidagi sopolimerni
avval xlormetillash. so'ngra esa uni
trietilamin bilan aminlash yo'li bilan
olinadi. Uning kimyoviy tarkibini
quyidagicha ifodalash mumkin
AB- 16 - polikondensatsiya usull bilan
olinadigan polifunktsional anionit bo'lib,
tarkibida birlamchi va iлkilamchi.
alifatik qator aminoguruhlari,
shuningdek kuchli asos xossaga ega
piridiniy guruhi ham mavjud:
Amfoter ionitlar muhit pH qiymatiga qarab kislota yoki asos tipida dissotsiatsiyaga uchrashi
mumkin. Misol uchun, α-metilvinilpiridin va divinilbenzol asosida olingan sopolimerning -CH,
guruhlarini –COOH guruhigacha oksidlab quyidagi tuzilishga ega bo'lgan polifunktsional
amfolit olinadi:
Shu bilan birga, ion almashinadigan qatronlar
termal jihatdan past darajada chidamli (kationitlar
150 °C gacha, ko'pchilik anionitlar 70 °C gacha),
radiatsiya va agressiv muhit ta'siriga chidamli
emas.
POLIAMFOLITLAR
Pоliаmfоlitlаr –bu zаnjiridа kislоtаli vа аsоsli guruhlаr tutgаn sоpоlimеrlаrdir. Shuning uchun
pоliаmfоlitlаr hаm kislоtаli, hаm аsоsli mехаnizmdа dissоtsilаnishi mumkin.
Sintetik poliamfolitlarga misol tarigasida - akril kislotasi va vinilaminning sopolimerini misol
qilib keltirish mumkin:
Poliamfolitlar tabiatda ham keng tarqalgan bo'lib, ushbu turkumga kiruvchi polimerlar
orasida oqsillar va nuklein kislotalarini alohida aytib o'tish lozim. Oqsillar turli (20 tagacha)
a-aminokislotalarning sopolimeridan tashkil topgan bo'lib, ularning umumiy formulasini
quyidagicha ifodalash mumkin:
bu erda R, R1 va R2 - kislotali va asosli xossalarga ega bo'lgan guruhlar tutgan yonaki o'rinbosarlar.
Oqsillarni tashkil qilgan aminokislotalar soni ko'pligi xar xil oqsil makromolekulalari xosil
bo'lishiga va buning natijasida ularning organizmda turli-tuman funktsiyalarni (vazifalarni)
bajarishiga sababmbo'ladi. Oqsillar organizmlarning butun hayot faoliyati jarayonida energiya
manbasi va uni kerakli moddalar bilan ta' minlab beruvchi vazifasini bajaradi. Oqsillarning eng
sodda sintetik modellari sifatida, polipeptidlar deb nomlanuvchi a-aminokislotalarning
gomopolimerlarini keltirish mumkin. Misol uchun:
Tabiiy polimerlarga shuningdek ribonuklein (RNK) va dezoksiribonuklein kislotalari (DNK)
ham kiradi. Ularning umumiy formulasini quyidagicha sxema bilan ifodalash mumkin:
Pоliаmfоlit eritmаsi
qоvushqоqligining rН gа
bоғliqligi
Pоliаmfоlitlаrning
o'zigа
хоs
хususiyatlаri
eritmа
qоvushqоqligini pН gа bоg’liqligini o'rgаnishdа аniq ko'rish
mumkin. Маsаlаn, birоr оqsil (jеlаtin) eritmаsi
qоvushqоqligini pН gа bоg’liqligini ko'rsаk. Eritmаdа,
vоdоrоd iоnlаrining mа'lum bir kоntsеntrаtsiyasidа, hаr
qаndаy аmfоtеr birikmаdа iоnlаngаn аsоsli guruhlаrning
sоni iоnlаngаn kislоtаli guruhlаr sоnigа tеng bo'lib qоlаdi vа
bundаy hоlаt izоelеktr hоlаt dеb аtаlаdi. Оqsil mоlеkulаsi
izоelеktr hоlаtidа iоnlаngаn guruhlаrgа egа bo'lishigа
qаrаmаsdаn elеktrоnеytrаl bo'lаdi. Shаrtli rаvishdа bu
hоlаtni quyidаgichа ifоdаlаsh mumkin.
Оqsillаrni kislоtаliligi аsоsliligidаn kuchlirоq bo'lgаni uchun izоelеktr nuqtа
pН =7 dаn pаstrоq bo'lаdi, ya'ni, izоelеktr nuqtаdа оqsil eritmаsidаgi оrtiqchа
kаrbоksil guruhlаrning iоnlаnishini bоsib turishi uchun оzginа kislоtа bo'lishi lоzim.
izоelеktr nuqtаdа, mаkrоmоlеkulа butun uzunligi bo'yichа bir хil miqdоrdа
iоnlаngаn аsоsli vа kislоtаli guruhlаr jоylаshgаnligi uchun, bukiluvchаn
mаkrоmоlеkulа
kаlаvа
shаkligа
o'tаdi.
Hаr хil zаryadlаngаn iоnоgеn guruhlаrning tоrtishishi hisоbigа bu kаlаvаning
zichligi mаksimаl entrоpiya yoki stаtistik ehtimоllik hisоblаrigа jаvоb bеrаdigаn
kаlаvаgа qаrаgаndа zichrоq bo'lаdi. Shu sаbаbli izоelеktr nuqtаgа jаvоb bеrаdigаn
pН=4,7 dа jеlаtin eritmаsi eng kichik qоvushqоqlikkа egа bo'lаdi vа bu hоlаtdа
eritmаdаgi mаkrоmоlеkulаlаr qo’zg’оlmаgаn kаlаvа shаklini egаllаydi.
ishqоr yoki kislоtа qo'shilishi jеlаtinning iоnlаnish dаrаjаsini
оshirаdi vа pН ning оrtishi kislоtа guruhlаrining (a), pН ning
kаmаyishi esа аsоsli guruhlаrning dissоtsilаnishigа оlib kеlаdi
(b):
+ H 2 O (a)
+ NaOH
COOH
COO
+ HCI
NH 3 OH
+
NH 3
Na
+
+ H 2 O (б)
CI
ikkаlа kuzаtilаyotgаn hоlаtdа hаm yangi pаydо bo'lgаn bir хil
zаryadlаr hisоbigа pоlimеr zаnjiri yoyilаdi vа mоlеkulyar kаlаvаning
zichligi bukiluvchаn mаkrоmоlеkulа hоsil qilаоlаdigаn kаlаvаning
zichligigа
qаrаgаndа
аnchа
kаmаyadi
vа
bu
eritmа
qоvushqоqligining judа hаm оrtib kеtishigа оlib kеlаdi.
Кislоtаli muhitdа kislоtа guruhlаr dissоtsilаnishi to'silаdi, аsоsli guruhlаr
dissоtsilаnishi nаtijаsidа mаkrоmоlеkulа pоlikаtiоngа аylаnаdi. ishqоriy
muhitdа esа, аksinchа, аsоsаn kislоtа guruhlаr dissоtsilаnаdi vа
mаkrоmоlеkulа mаnfiy zаryadgа egа bo'lаdi. Оrаliq sоhаdа mаkrоmоlеkulа
dipоlyar iоngа egа bo'lаdi. Bu o'zgаrishlаrni quyidаgi sхеmа bilаn ifоdаlаsh
mumkin:
+ OH
+
NH 3
+ OH
NH 3
C OOH
H
+
C OO
H
+
NH 2
C OO
Мusbаt vа mаnfiy zаryadlаri yig’indisi nulgа tеng bo'lgаn pоliаmfоlit
eritmаsining pН qiymа Izoelektr nuqta dеyilаdi.
Pоliаmfоlit suvli eritmаsining pН i (bеgоnа iоnlаr bo'lmаgаn shаrоitdа) fаqаt
o'z tаrkibidаgi iоnоgеn guruhlаr dissоtsilаnishi bilаn bеlgilаnаdi vа u Izoion
nuqta dеyilаdi.
Donnan yoki membrana muvozanati
Polielektrolit eritmalarining termodinamik xossalari oddiy polimerlar va quyimolekulyar elektrolit
moddalaming eritmalarini termodinamik xossalaridan farq qiladi. Donnan yoki membrana muvozanati
faqat polielektrolit eritmalar uchun mavjud bo’lgan xususiyatdir. Donnan muvozanati chegara sirti bilan
ajralgan va shu chegarani o’taoladigan va o‘taolmaydigan sistemalarda qaror topadi. Chegara sirtini
o‘taolmaydigan ionlarga poliionlar yoki katta hajmdagi organik ionlar kiradi. Poliionlar, masalan,
polianionlar ishtirokidagi Donnan muvozanati quyidagi ikki xil sistemada paydo bo’lishi mumkin:
a) M+R- - polielektrolit eritmasi M+A- quyimolekulyar elektrolit eritmasidan yarimo‘ tkazgich parda bilan
ajratilgan bo’lsa;
b) M+R- ~ chekli bo‘ kkan va choklangan polielektrolit M+A- quyimolekulyar elektrolitning eritmasiga
tushirilganda.
Ikkala holatda ham sistemani
quyidagi shartli sxema yordamida ifodalash mumkin:
bu yerda, R- - birinchi tomondan ikkinchi tomonga o ‘ taolmaydigan polianion; M+ , A- quyimolekulyar ionlar, ular sirt chegarasidan l va 2 - nchi tomonlarga o’taoladilar. Muvozanat
tashkil topgan holatda M+A- - elektrolitning faolligi chegaraning ikkala tomonida ham bir xil
bo’ladi, ya’ni:
Ancha past konsentratsiyalarda y= t deb olish mumkin, unda:
c1 deb polielektrolitning ionogen guruhlarini, c2 deb elektrolitning dastlabki molyar
konsentratsiyalarini belgilaymiz. Muvozanat tashkil topganda quyimolekulyar elektrolitning bir
qismi 1-nchi tomonga o‘tadi va uning 2-nchi tomonidagi konsentratsiyasi ∆с ga kamayadi. Qabul
qilingan qiymatlami yuqoridagi tenglamaga qo‘yamiz:
Bundan
Yuqorida berilgan ifodadan quyidagi xulosaga kelish mumkin:
Shunday
qilib,
polielektrolitning
konsentratsiyasi
quyimolekulyar
elektrolitning
konsentratsiyasiga yaqin bo’lsa, quyimolekulyar elektrolit yarim o ‘ tkazgich membrananing
ikkala tomonida bir tekis tarqalmas ekan. Agar polielektrolitning konsentratsiyasi yuqori
bo’lsa, u egallagan tomonga tashqarida joylashgan elektrolit o’taolmas ekan. Bunday holat,
masalan, biologik sistemalarda kuzatiladi. Biologik hujayralarda nisbatan ko‘p miqdorda
(10% gacha) amfoter xarakterga ega bo’lgan polielektrolit bo’ladi. Polielektrolit ionogen
guruhlarining hujayradagi konsentratsiyasi hujayrani o‘rab olgan tashqi muhitdagi
ionlarning konsentratsiyasidan bir daraja yuqori bo’ladi.
Shuning uchun tashqaridagi ionlar hujayraning ichiga
juda oz miqdorda kiradi va bu holat hujayradagi
tuzlar tarkibini doimiy ushlab turishga yordam beradi.
Ion almashinadigan materiallardan foydalanish
Ion almashinadigan materiallar yadro yoqilg'isi, yoqilg'i xom ashyosi, nurlangan
yoqilg'ini qayta ishlash va boshqalarni ishlab chiqarish jarayonlarida keng
qo'llaniladi. Ular, shuningdek, radioaktiv izotoplarni ajratish va tozalash,
radioaktiv chiqindi suvlarni tozalash va yadroviy reaktorlarda suvni tozalash
uchun ishlatiladi. Ionitlar energiya sanoatida, ayniqsa suvni tozalashda juda
talabga ega. Elektr stantsiyalarida suvdan turli xil minerallarni (demineralizatsiya)
olib tashlash uchun sintetik kationitlar va anionitlar ishlatiladi, ulardan stirol va
divinilbenzol sopolimerlari asosida kuchli kislotali sulfokationitlar (ku-2 turi) va
kuchli asosli anionitlar (AV-17 turi) eng ko'p ishlatiladi. Ekstraktorlar va ionitlar
noyob
tuproq
elementlarini
olish
uchun
ishlatiladi.
Ionitlar
galvanostegiyasi va gidrometallurgiyasida ham faol qo'llanila boshlandi.
oltinning
Ion almashinadigan qatronlar markalari
Tip
Struktura
Funksional guruhlar
рН oralig’i
Nomlanishi
Kuchli kislotali
O'zaro bog'langan polistirol
0-14
Amberlit IR-120, amberlit-200,
tseokarb-225, AG 50, AG-50 W
O'rta kislotali
Shunday
4-14
Duolit С-60, duolit 61
Kuchsiz kislotali
Polimetakril kislotasi
6-14
Amberlit IRC-50, tseokarb -226
Xelat qatroni
O'zaro bog'langan polistirol
6-14
Daueks А-1
0-14
Amberlit, daueks-1, AG 1, daueks-21 К
Kuchli asosli
shunday
Kuchsiz asosli
Shunday
Bifunksional
Fenol-formaldegid
Ion sekinlashtiruvchi
Dauex-1 bilan o'ralgan
chiziqli poliakril kislotasi
0-14
Duaeks -2, AG-2
0-7
Amberlit IR-45, daueks -3
tseokarb -215
5-14
retardion 11А8, AG-11A8
E’TIBORINGIZ UCHUN
RAHMAT