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塩化ナトリウム溶液を、まず、酸性樹脂を詰めた層に通し、次に塩基性樹脂を詰めた層に通しました。それぞれの層で起こった反応をうまく説明するにはどうするのか教えてください。

よろしくお願いいたします。

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A 回答 (3件)

イオン交換樹脂(以下、IERと略)は、おもにビーズ状または膜状の素材だが、


その表面に官能基とよばれる、イオンを交換できる手のような部分がつけられている。
概念的に書くならば、酸性樹脂(陽イオン交換樹脂)は、

H-(IER)

塩基性樹脂(陰イオン交換樹脂)は、

HO-(IER)

となる。
(※実際にはH+,OH-以外のイオンがついていることもあり得る。が、今回はNaClの除去の話だと思うのでH+,OH-とする。)


さて、塩化ナトリウム水溶液には、ナトリウムイオン(陽イオン)と塩化物イオン(陰イオン)が溶けている。
これと酸性樹脂(陽イオン交換樹脂)が接触すると、水溶液中のナトリウムイオンと、樹脂中の水素イオンが入れ替わる(交換される)。
したがって、水溶液中からはナトリウムイオンが除去され、代わりに水素イオンが供給される。

Na+ + H-(IER) → H+ + Na-(IER)

次に、塩基性樹脂(陰イオン交換樹脂)と接触すると、水溶液中の塩化物イオンと、樹脂中の水酸化物イオンが交換される。
結果、水溶液中から塩化物イオンが除去され、代わりに水酸化物イオンが残る。

Cl- + HO-(IER) → OH- + Cl-(IER) 

水溶液中に残された、水素イオンと水酸化物イオンは、中和反応により、水となる。

H+ + OH- → H2O

これにより、水溶液中から塩化ナトリウムは除去され、純粋な水だけが残る。


以上、概略ですが、理解できたでしょうか。
実際には、もっと複雑で、交換反応は可逆的であり、通せば必ず全部除去できる、というわけではないです。
(ナトリウムイオンが水素イオンと交換したが、逆に、水素イオンがナトリウムイオンと交換する(つまり元に戻ってしまう)こともあり得る。)
また、IERが交換できるイオンの数は、IERの素材によって決まっているので、
交換できる量以上のイオンを含む水溶液が来てしまうと、当然交換しきれない、ということになります。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。たいへん助かりました。

お礼日時:2014/11/11 23:18

#1のお答えが「狂っている」ので、要点だけ。


酸性樹脂でNa^+がH^+に代ります。早い話塩酸が出来る。
こいつを塩基性樹脂に通すと、Cl^-がHO^-に代る、
丁度良いと「純水」ができる。

昔は逆浸透法が熟していなかったので、みんなこれと、非沸騰蒸留、を使って「純水」
を作っていました。
ミリポアが最高の(初めはメチャクチャ高かったが)逆浸透技術を投入したので、
今はミリQがあるでしょ。
御存知の通りミリポアがこんなもの作ったのは半導体産業の純水の「要求レベル」
が上がったためです。
それで大量生産した結果ミリQがだれでも使えるようになった、
技術はこうやって階段を登るのですね。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時:2014/11/11 23:19

こんにちは。



塩化ナトリウム水溶液を電気分解して水酸化ナトリウム(NaOH)を作ります。


塩化ナトリウム水溶液の電気分解では

陽極側では、2Cl(-)→Cl2+2e(-)で塩素が得られます。

陰極側では、2H(+)+2e(-)→H2で水素が得られます。

それだけです。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時:2014/11/11 23:17

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Qイオン交換樹脂の洗浄について

今レポートを作成しているのですが、
イオン交換についてのレポートを作成しています。

ナトリウムイオンのみ、カルシウムイオンのみ、ナトリウムイオンと
カルシウムイオンを、イオン交換樹脂に流し、吸着させて、
水素イオンと交換するのを確かめる実験です。

それで、ナトリウムイオンとのイオン交換が終了したら、
樹脂を塩酸とイオン交換水で洗浄します。
カルシウムイオンのイオン交換が終了しても、
樹脂を塩酸とイオン交換水で洗浄します。

この洗浄にはなんの意味があるのでしょうか?
しかもどうしてイオン交換水だけでは駄目なのでしょうか?

できれば早くの回答お願いします。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

既に#1のお答えにありますので補足だけ。
陽イオン交換樹脂は樹脂上に酸が固定された(例えばスルホン酸型)状態になっています。
これをまず塩酸で洗って酸上に着いているかも知れない水素以外の陽イオンを外します。次にイオン交換水で洗って塩酸を洗い出します。
これで使用できます。
次に御質問者がなさったように陽イオンを含む水溶液を流します。するとイオン交換樹脂上の水素イオンが陽イオンに交換されます(だからイオン交換樹脂と呼ばれます)。
陽イオンを洗い出すときには純塩酸を流します。
この塩酸のpHによりイオン交感クロマトグラフをおこなう事ができます。
つまりイオン交換樹脂上の酸と水相の酸の酸性度の違いにより「平衡」でどのイオンがどちらに行くか決まります。ですので、次に使う前にはかなり濃度の濃い塩酸を充分流して金属陽イオンなどを外さなくてはならないわけです。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
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となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qカチオンとアニオンとは?

最近、化学を勉強し始めました。
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Aベストアンサー

> カチオンとアニオンが分かりません。

 既に回答がありますが,カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷(負電荷)を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

 『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので,敢えて注意しておきますが,化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、

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 ここで,両原子の 1s 軌道の電子は結合には関与しませんので考えなくても良いです。で,両原子の電子1個を有する sp 軌道を使って C-N のσ結合が出来ます。さらに,両原子の py 軌道同士,pz 軌道同士の重なりによってπ結合2つが生じます。結果,CN 間は3重結合になります。

 残った軌道と電子をみると,炭素原子には電子1個の sp 軌道が,窒素原子には電子2個(孤立電子対)の sp 軌道がそれぞれ残っています。炭素の sp 軌道は窒素原子とは反対側,窒素の sp 軌道は炭素原子とは反対側,をそれぞれ向いていますので,結合に関与することはできません。したがって,その電子状態を書くと ・C:::N: となります。これが「CN」と書かれている構造です。ですので,より正確に書けば,炭素上の不対電子も示した「・CN」となります。

 この不対電子が存在する炭素の sp 軌道の電子を取り除いてやれば電子(負電荷)が1個減りますから -(-1) = +1 で「+」になります。これが「CN+」ですが,「+」電荷は炭素原子上にありますので「+CN」と書く方が正確です。

 さて,先の不対電子が存在する炭素の sp 軌道は電子を1個受け入れる事が可能です。ここに電子を受け入れた場合 +(-1) = -1 で「-」になります。これが「CN-」です。「-」電荷は炭素上にありますので「-CN」と書く方がより正確なのは先の「+CN」の場合と同じです。

 如何でしょうか。こうみれば「CN」も「CN+」も「CN-」もCN間の結合に関しては同じですね。勿論,炭素の sp 軌道上の電子の数はCN間の結合に影響が無いわけではありませんが,それを議論するのであれば『最近、化学を勉強し始めました』というレベルではないと思いますので・・・。

> カチオンとアニオンが分かりません。

 既に回答がありますが,カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷(負電荷)を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

 『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので,敢えて注意しておきますが,化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとあります...続きを読む

Q電子配置について

Ni2+(ニッケルイオン)の電子配置と不対電子を示せという問題で僕は、[Ar]3d64s2と考えたのですが・・・答えは[Ar]3d8となっています。電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?よくわからないので教えてください。

Aベストアンサー

> 電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?
中性の原子では、そうなりますね(CrとCuは例外)。
ですけど、イオンではそうはならないです。

■考え方その1
遷移金属の陽イオンでは、3d軌道が満たされてから4s軌道に入る、と考えます。これらのイオンの4s軌道はふつう空っぽになりますから、第4周期の1族~12族の金属イオンでは、
 3d電子の数=族番号-イオンの価数
という公式が成り立ちます。

■考え方その2
あるいは、中性の原子を基準に考えて、
 軌道から電子が抜けるときには、4s軌道から先に抜ける。
と覚えるのもいいです。

■Ni2+の場合
はじめの考え方に従うと、ニッケルは10族、イオンの価数は2なので、
 3d電子の数=10-2=8
となって、電子配置は[Ar]3d8になります。
 二番目の考え方では、中性のニッケル原子の電子配置[Ar]3d84s2から、電子を2個抜いたのが2価ニッケルイオンなので、4s軌道から電子を2個抜くと、イオンの電子配置は[Ar]3d8になります(Ni3+ならNi2+の電子配置からさらに1個電子を抜いて、[Ar]3d7になります)。

■考え方が破綻する例
Ca+,Sc+,Ti+,V+,Mn+,Fe+,Co+,Ni+,Zn+では、これらの二つの考え方から導かれる答えは一致しません。例えば、考え方その1ではNi+の電子配置は[Ar]3d9になりますが、考え方その2ではNi+の電子配置は[Ar]3d84s1になります。しかしこれらの1価の陽イオンは、きわめて特殊な条件下でしか生成しませんので、通常これらの電子配置が問題になることはありません。
 第4周期の1族~12族の1価金属イオンで重要なものは、K+とCu+です。この二つのイオンに関しては、考え方その1でも考え方その2でも、正しい電子配置を与えます。

■なぜ中性原子とイオンで電子の詰め方が変わるのか?
カリウム(原子番号19)とカルシウム(原子番号20)では、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低いのですけど、じつは、原子番号が20より大きい原子では、エネルギーの順序が逆転して、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低くなります。
 ですので、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールに従えば、Sc,Ti,V,Cr,Mn,...では、4s軌道よりも先に3d軌道に電子を詰めていくことになるのですけど、こうやって作った電子配置は、中性原子(と多くの一価イオン)では、正しい電子配置にはなりません。つまり、原子番号が20より大きい中性原子では、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールだけでは、正しい電子配置を予測することができません。
 この困難を乗り越えるためには、本当ならば、「電子と電子の間に働くクーロン反発力」を考えに入れなければならないのですけど、これが結構めんどうな話になります。そこで、めんどうな話を避けるために、少し反則気味なのですけど、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールだけを使って正しい電子配置を予測できるように、『原子番号が20より大きい原子でも、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低い』ということにしておいて、4s軌道が満たされてから3d軌道に電子が入る、という説明がなされます。
 陽イオンでは、中性原子に比べて電子が少なくなっていますので、電子と電子の間に働くクーロン反発力は、中性原子のそれと比べて小さくなります。そのため、クーロン反発の話を無視しても、正しい電子配置を得ることができます(一価の陽イオンは除く)。本来、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低いのですから、3d軌道が満たされてから4s軌道に電子が入る、ということになります。

■まとめ
中性原子では、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低いので、4s軌道が満たされてから3d軌道に電子が入る。
陽イオンでは、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低いので、3d軌道が満たされてから4s軌道に電子が入る。
中性原子と陽イオンで軌道の順序が変わるのは、電子と電子の間に働くクーロン反発力が陽イオンでは小さくなるからである。

> 電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?
中性の原子では、そうなりますね(CrとCuは例外)。
ですけど、イオンではそうはならないです。

■考え方その1
遷移金属の陽イオンでは、3d軌道が満たされてから4s軌道に入る、と考えます。これらのイオンの4s軌道はふつう空っぽになりますから、第4周期の1族~12族の金属イオンでは、
 3d電子の数=族番号-イオンの価数
という公式が成り立ちます。

■考え方その2
あるいは、中性の原子を基準に考えて、
 軌道から電子が...続きを読む


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