Сложный гетерогенный процесс ионного обмена может быть описан уравнением изотермы-изобары химической реакции, определяющей дифференциальное сродство процесса и его следствия – закона действующих масс. В сферу ионного обмена включаются процессы, сопровождающиеся изменением заряда ионов и функциональных групп вследствие перехода ионной связи в ковалентную. Поэтому уравнения изотермы ионного обмена для этих процессов должны отличаться от известных стехиометрических уравнений, но могут быть получены классическими методами изучения ионообменных равновесий. В работе предложена новая термодинамическая модель, основанная на линеаризации закона действующих масс, модифицированного для уравнения ионного обмена, использование которой позволяет установить стехиометрию ионного обмена и формы сорбируемых ионов твердой фазой ионообменных смол, а также рассчитать значения констант и энергий Гиббса ионообменных процессов. Проведен сравнительный анализ моделей термодинамического описания сорбции церия в виде анионного комплекса с трилоном Б из сложносолевого раствора с ионной силой 1 моль/кг (NaNO3) при рН = 3 и температуре 298 К на экспериментальном образце слабоосновного анионита Cybber EV009. Получена экспериментальная изотерма сорбции. Расчеты термодинамических параметров проводились с использованием моделей Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина – Радушкевича, Темкина и Флори – Хаггинса и термодинамической модели линеаризованного закона действующих масс, разработанной авторами. Рассчитанные значения константы и энергии Гиббса ионообменного равновесия K = 9,0±0,5 и ΔrG0298 = –5,54±0,27 кДж/моль характеризуют протекание сорбционного поглощения ЭДТАцеррат-ионов ионообменной смолой. Установлена форма сорбированного иона в слое Штерна – Гельмгольца СeTr– и значение полной емкости анионита EV009 для ЭДТАцеррат-ионов Г∞ = 2,0±0,1 моль/кг.

A complex heterogeneous process of ion exchange can be defined with an isotherm-isobar equation of the chemical reaction, which describes differential affinity between the process and its effect – the law of mass action. Ion exchange includes processes accompanied by changes in the charge of ions and functional groups caused by the passing of ionic bond into covalent one. Hence isotherm equations of ion exchange for such processes must differ from conventional stoichiometric equations, but they can be obtained by classical study approaches to ion exchange equilibrium. The paper describes a new thermodynamic model, based on linearization of mass action law, modified for the ion exchange equation. The application of this model allows to define stoichiometry of ion exchange and the shape of ions adsorbed by the solid phase of ion-exchange resins, as well as to estimate equilibrium constant and Gibbs free energy of the process. Comparative analysis has been carried out for the thermodynamic model of cerium sorption in the form of anionic complex with Trilon B from a multisalt solution with ionic strength of 1 mol/kg (NaNO3) under рН = 3 and temperature 298 K on a test sample of weak-base anion-exchange resin Cybber EV009. Experimental isotherm of the sorption has been obtained. Calculations of thermodynamic parameters have been performed using Langmuir, Freundlich, Dubinin – Radushkevich, Temkin and Flory – Huggins models, as well as thermodynamic model of linearized mass action law, proposed by the authors. Calculated values of the equilibrium constant and Gibbs energy – K = 9.0±0.5 and ΔrG0298 = –5.54±0.27 kJ/mol – characterize the sorption of EDTA cerate ions by ion-exchange resin. The shape of adsorbed ions has been defined in Stern-Helmholtz layer of CeTr, and total capacity of anion resin EV009 for EDTA cerate ions has been estimated as q∞ = 2.0±0.1 mol/kg.