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Kein Plan · Verfasst am: 25. Sep 2024 16:55 Titel:

Hey Lieber AC Gast, Also ich nehme die PKS werte nur zum einschätzen; Ich verstehe was du meinst. Stärkere Säure VS schwächere ist nicht immer nach dem Konzept von PKS einzuschätzen. Er gibt aber oft eine gute richtung an.

Gehen wir aber mal zurück zu meiner Eigentlichen Kernfrage; Am ende ersetze ich alle Na+ oder K+ ionen durch H+ Ionen? Spielt die Konzentration eine Rolle?

Kann ich im PPB bereich davon ausgehen dass auch eine sehr starke säure vollständig protoniert wird egal was?

AC-Gast · Verfasst am: 25. Sep 2024 16:23 Titel: Ionenaustausch

Mal bitte den ganzen Sermon zu Säurestärkren und induktuven Effekte vergesen.
Ein stark saurer Kationenaustauscher verfügt im beladenen Zustand über an ein Polymer kovalent gebundene Sulfonsäuren.
Wird eine Salzlösung über den Ionenaustauscher gegeben,wandern die Anionen formal unbehelligt durch die Säule,der relevante Prozeß ist der Austausch der Kationen des Salzes gegen die Kationen des Ionenaustauschers,also der H+ Ionen.
Man erhält somit am Ende einen Ionenaustauscher,wo H+ durch Kationen ersetzt sind und eine saure Lösung des Anions.
Wird Natriumnitrat verwendet,hat man also eine saure Lösung von Nitrat,was man als "Salpetersäure" bezeichnen kann.
Man kann so theoerisch Säurelösungen herstellen,praktisch wird das nicht gemacht,daß man ja die KIA vorher mit Säuren beladen muß.
Die pks-Werte sind hier ebenfalls nicht ganz so aussagekräftig,da es sich nicht um einfache Protonierungsgleichgewichte ausreichend verdünnter Lösungen handelt.
Das Proton wird freigesetzt,da die Bindung des Kations unter den Bedingungen des Ionenaustauschs günstiger ist.
Beachte,daß z.B. Chlorwasserstoff erzeuft werden kann aus der Reaktion von konz. Schwefelsäure mit z.B. Natriumchlorid.
Dabei ist HCl formal(nach pKs-Wertem) eine deutlich stärkere Säure.

AC-Gast.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 15:33 Titel:

Also, der pks von -1,9 kommt von der methansulfonic acid. Nur eine sulfongruppe am methan.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 15:29 Titel:

Also, Hier ein kleiner beweis, dass es nicht viel ausmacht wenn die sulfonsäuren nicht nah zusammen sind:
Wikipediaeintrak englisch: Ethanedisulfonic_acid
Pks: -1.46 and -2.06, man sieht die gruppen beinflussen sich kaum noch.
Wikipediaeintrak englisch: metahnedisulfonic
Was kaum mehr ist als
Pks: -1,9

Noch schlimmer ist, dass Methane disulfonic_acid (englisches wiki) dem PKS von reiner schwefelsäure grade so erreicht. Die hängen nun wirklich nah aneinander

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 14:43 Titel:

Sorry, beleidigen wollte ich dich nicht. Knick in der optik ist für mich keine Beleidigung tut mir leid wenn das so bei dir ankam.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 14:41 Titel:

Ich denke die ganze sache wird spätestens aber 2 gesättigten aliphatischen C atomen wieder schiebend, und senkt die Säurestärke Der Sulfonsäure am benzolring. In dem polymer hast du immer 3. D.h ein Vergleich zur Paratoluolsulfonsäure ist ziemlich klar okay.

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 14:39 Titel:

Erstens beleidigen tun wir hier nicht.
Nochmal Sulfonsäuren werden durch Substitution hergestellt. Da wird nicht einfach was drauf gekippt. In dem Harz sind viele Gruppen .
Schwefelsäure stellt man auch nicht mit Ionenaustauschern her, da zu viel zu teuer.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 14:23 Titel:

Da hast jetzt aber du einen Knick in der Optik. Die Paratoluolsulfonsäure hat eine Stabilisierung der Anionischen Ladung über den nahen benzolring. Nur deswegen kann es die Säurestärke überhaupt erreichen. Sauer kann es nur werden wenn mehr elektronenziehende gruppen (die in der nähe sind) also direkt am benzolring (über mesomerie übertragene effekte) sodass ein elektronenziehender Einfluss der Gruppen das Sulfon erreichen kann. LOL Hammer

Pks: CCl3-Cl2-Ph-SO3H < CCl3-Ph-SO3H < CCl3-CH2-Ph-SO3H nur etwas kleiner als CH3-Ph-SO3H

Nur deswegen erreicht die Chloromethansulfonsäure einen niedrigern pKs als die methansulfonsäure. Also direkte Verknüpfung zu einer elektronenziehenden gruppe. Sobald ein C atom mit Sp3 konfiguration zwischen der Elektronenziehenden gruppe und dem werden die effekte die die elektronenziehende gruppe auf die Sulfonsäure hat deutlich geringer.

Für die Säurestärke wäre nur ausschlaggebend wieviele Sulfongruppen an einem benzolring hängen. In dem gezeichneten polymer nur eine.

Ausserdem. Du kannst nicht eine stärkere Säure generieren indem du eine schwächere draufkippst. Das hast du selbst gesagt. Das Ionentauscherharz wird durch schwelfelsäure hergestellt indem die OH gruppe mit H+ eleminiert wird und wasser entsteht. Aka, das ionentauscherharz ist eine schwächere Säure als H2SO4.

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 14:06 Titel:

In dem Molekül sind hunderte von Sulfongruppen. Paratoluolsulfonsäure enthält auch nur eine. Und die Herstellung hat nichts mit der Säurestärke zu tun. Meistens benutz man Schwefeltrioxid gelöst in Schwefelsäure dazu.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 13:56 Titel:

Okay, Strukturähnlich zur Paratoluolsulfonsäure, pKs -2,8. Immerhin knapp dran. Reicht aber auch nicht ganz. Btw, die herstellung erfolgt durch aussetzen des Polymers mit schwefelsäure. Es kann also nicht sauerer als Schwefelsäure selbst sein.

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 13:52 Titel:

Wir haben ja nicht nur eine SO3H Gruppe.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Poly(styrol-co-divinylbenzol)sulfons%C3%A4ure

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 13:45 Titel:

Genau das sage ich ja. RSO3H ist nicht sauer genug um schwefelsäure zu erzeugen. RSO3H ist unter den Stark saueren Kationentauscher geführt. Ethansulfonsäure hat nur einen pKs von -1.68 kommt also an Schwefelsäure nicht ran. Je länger die Kette die angefügt wird (mit plus und nicht minus I effekt) desdo schwächer die Säurestärke. Ich denke der Kationentauscher hat in der struktur keinen elektronenziehenden gruppen auser der Sulfonsäuregruppe.

Aber gehen wir mal von -1,68 aus. Schwefelsäure hat ca -3. Aka, vollentsalzung mit RHSO3 falls R aliphatisch deiner Aussage nach nicht möglich

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 13:35 Titel:

Blödsinn, ich sprach von einem funktionierenden Austauscher. Du hast das Wesen des Ionenaustauscher gar nicht verstanden.

Wenn wir Na2SO4 durch das Sulfonharz schicken wird Natrium zurückgehalten und gegen Wasserstoff ausgetauscht. Das Sulfat als Anion kommt durch und 2 H+ + SO4 2- ergibt H2SO4 Schwefelsäure. Um es voll zu entsalzen folgt ein Anionenaustauscher, der Anionen gegen OH- tauscht. Am Ende hat man nur H+ und OH- was H2O Wasser ergibt

Damit das funktioniert muss das Harz natürlich saurer sein als die zu gewinnende Säure.
In der Praxis benutzt man das um Wasser zu entsalzen und nicht Schwefelsäure oder andere Mineralsäuren herzustellen. Die Anwendung ist für empfindliche meist organische Säuren gedacht, da braucht der Austauscher auch nicht so sauer sein.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 13:27 Titel:

Also, Kationen nicht nachweißbar kann ja nicht stimmen, wenn wir von RSO3H als Kationentauscher ausgehen, Würde ja nach deiner aussage, Na2SO4 bzw als NaHSO4 nahezu unbeheligt durchdiffundieren. Egal welcher konzentration da SO3H nicht sauer genug ist dieses zu "protonieren"

Eine vollentsatzung der Kationen wäre also nur mit einem noch sauerern Kationentauscher als HSO3 für sulfate möglich.

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 13:07 Titel:

Das ist auch nicht richtig. Bei einem Kationenaustauscher werden die Kationen ausgetauscht und die Anionen laufen unbehelligt durch. Bei einem Anionenaustauscher ist es umgekehrt. Die Kationen laufen durch und die Anionen werden zurückgehalten. In Kombination erhält man so demineralisiertes Wasser auch VE Wasser genannt. Nichts mit pH Stürzen und Kräften.
Du kannst den Salzgehalt und den pH Wert vor und nachher messen, der pH Wert wird gefallen sein. Kationen nicht nachweisbar.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 12:54 Titel:

Ich weiß dass das eine Herstellungsmethode ist. Aber ich kriege einfach in meinem Kopf nicht rein, dass das unmöglich ist. Haue / Kloppe / Schläge

Ich meine Betrachte ichs chromatographisch; So ist ein Ionenaustauscher ein Medium dass dass durchlaufen von Kationen aber nicht anionen verlangsamt. Ist der pH sturz zu groß der dabei im ionenaustauscher entsteht baut sich eine "Kraft" auf die die anionen zu ihren kationen zurückdiffundieren lässt. Ist der PH sturz aber nicht groß genug... wie bei einer verdünnten säure ist die rückdiffusion der anionen nicht gegeben.

Deswegen bekomme ich das auch in meinen Kopf nicht rein.
Ich will eigentlich sagen, was du sagst aber irgentwie tendiere ich mehr und mehr zu dieser eigentlich "blöden Aussage" je länger ich drüber nachdenke.

Haben wir vieleicht irgentwo konkrete ergebnisse von Messungen nach und vor einen Kationentauscher der die eine oder die andere Idee beweisen kann?

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 11:48 Titel:

Man hat einen Topf in dem H+, NO3-, Na+ und SO4 2- drin rum schwimmen.
Das kann man erreichen indem man Salpetersäure mit Natriumsulfat mischt oder Schwefelsäure mit Natriumnitrat. Da Schwefelsäure viel saurer ist vertreibt diese die Salpetersäure aus dem Natriumnitrat. War auch eine frühere Herstellungsmethode. Umgekehrt haben wir nur die Dissoziation der Ionen. Beim Eindampfen kann man in beiden Fällen nur Natriumsulfat gewinnen und Salpetersäure abdestillieren bzw. Nitrose Gase erzeugen. Man bekommt kein Natriumnitrat und Schwefelsäure zurück.
Auf den Ionenaustauscher verhält es sich genauso. Man kann nur seine Säure aus dem Salz gewinnen, wenn der Ionentauscher saurer als die zu bildende Säure ist. Umgekehrt geht es nicht. Daher braucht man zum regenerieren eines beladenen Ionentauscher eine stärkere Säure als der Ionenaustauscher selbst um die Kationen wieder zu eluiren.
In Deinem Model was es in der Praxis eh nicht gibt bildet sich auch HNO3 und Na2SO4 egal bei welcher Konzentration.

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 11:34 Titel:

Ich habe einfach nur von der Theorie geredet, Ich hab kein CL2COOH Ionentauscher gefunden, aber er wäre denkbar. RSO3H Mein fehler Hammer

Also Folgendes;

Ich mache jetzt ein paar annahmen, ohne die funktioniert das konstrukt nicht.

1) Ich nehme mal einfach nur Salpetersäure und schwefelsäure. Welche ich in konzentration ändern kann.

Salpetersäure hat einen PKS wert von −1,37
Schwelfelsäure hat einen PKS wert von −3 zumindest für das erste H+.

Nehmen wir an ich kann die Salpetersäure immobilisieren also zum ionentauscher machen ohne das etwas an ihr verändern. Also eigenschaften bleiben gleich.

Ich nehme Na2So4 und HNO3 und kippe sie im verhältnis 1/1 zusammen.
Ich denke wir kommen beide zusammen, dass die erste stufe zu HSO4Na sofort reprotoniert wird. Nehmen wir einfach mal an vollständig. Da wir beim PKS wert einen gleichgewichtzustand 50% deprotoniert 50% reprotoniert haben, funktioniert das für die zweite Stufe nicht mehr.
Nun aber rückbezug auf gleichgewicht: 1) H2SO4 wird rückgebildet und das im verhältnis im bezug auf die pks werte: Da PKs von HNO3 und H2SO4 sich um ca zwei unterscheiden unterscheiden sich die KS werte um 2 10er potenzen. Aka etwa 1/100 H2So4 wird rückgebildet. Also 1% liegt etwa als H2S04 vor.

Wir können also festhalten die Na+ ionen sind 100 mal lieber bei Sulfat bei Ph -1,37 als H+ ionen.

Die Frage ist nun, wenn die Konzentrationen nicht gleich sind. Wie verteilen sich die Natriumionen? Wird weiterhin immer nur 1/100 rückgebildet wenn ein PH wert von -1,37 erreicht wird?

Ich denke die Reaktantenkonzentration zu verändern sollte ein druck auf das system ausüben. Die Rückbildung sollte meiner meinung nach wenn die konzentration von Na2SO4 1/100 von der von HNO3 ist bei 50% liegen.
Wieso weil ich einfach 100 mal mehr N03 - angeboten habe als Natrium. Das muss sich doch irgentwie verteilen?!

Wieso? Weil die Natriumionen in lösung sind. Sie verteilen sich also ob sie nun in der nähe von NO3- sind oder in der nähe von SO4 2- interressiert sie nicht. nun immobilisiere ich die NO3 ionen mit Na+ und das H2SO4 in dem zustand, ich trenne also einfach wieder. (Was wenn N03 ein ionentauscher wäre gehen würde)

Oder mache ich irgenteinen gedankenfehler?

Nobby · Verfasst am: 25. Sep 2024 06:51 Titel:

Die stärkere Säure verdrängt die schwächere Säure.
Wenn er also schwächer als die Schwefelsäure ist kann er diese nicht aus dem Sulfat freisetzen, gegeben falls Hydrogensulfat.
Wo hast Du denn ein RCCl2COOH gefunden.

Ionenaustauscher sind Polyarylsulfonsäuren RSO3H, es gibt auch welche mit Carboxylgruppen, je nach Anwendung. Schwach saure Kationenaustauscher bestehen aus einem Ko-Polymerisat von DVB und Acryl- oder Methacryl-Monomeren. Als funktionelle Gruppe tragen sie eine Carboxyl-Gruppe, die im Gegensatz zur Sulfonsäure-Gruppe bei pH < 5 nicht mehr geladen vorliegt und somit keine Ionenaustauchfähigkeiten mehr besitzt.
Die von Dir genannte Schwefelsäurehalbester RSO4H sind zu hydrolyseempfindlich.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Ionenaustauscher

Keinplan · Verfasst am: 25. Sep 2024 00:29 Titel:

Lieber Nobby Ionentauscher bedeutet dass ionen getauscht werden. Die Endgruppe für stark sauere ionentauscher ist RSO4H. Nemen wir an ich hab da aber anstattdessen ein R-CCl2-COOH, so habe ich einen nichz ganz so saueren Kationentauscher. Da die acidität einer Polymermatrix meist nicht so einfach einzuschätzen ist habe ich einfach gesagt grob essigsauer, okay auch nicht unbedingt die beste aussage gebe ich zu weil was bedeutet essigsauer. Ich sage einfach mal die gesamte matrix hat den selben pKs wie essigsäure.

Also nehmen wir einfach deinen saueren kationenaustauscher.
Könnte dieser geringe mengen von schwefelsäure regeniereren selbst wenn er mit salzsäure regeneriert wurde...

Dabei ist die Frage spezifisch auf Gleichgewichte ausgerichtet. Wohin geht das Natrium ion eher? Eine der eine millionen schwächere säure gruppen die angeboten werden oder das noch sauere einzelne sulfat. Der Trick ist hierbei die konzentration und ich bin mir einfach nicht sicher ob nun eine schwächere stark konzentrierte säure eine stärkere extrem gering konzentrierte säure aussticht.

Nobby · Verfasst am: 24. Sep 2024 22:29 Titel:

Ich habe den Text oben korrigiert.

Also Ionenaustauacher bestehen aus Polymeren, die im sauren Fall sulfoniert sind. Also RSO3H Gruppen tragen. Es gibt keinen Essigsäure Ionenaustauscher.
Der Austausch geschieht solange bis sämtliches H durch Natrium ausgetauscht ist. Danach muss regeneriert werden, meist mit Konz. HCl. Der Austausch Prozess ist ein Gleichgewichts Prozess., daher sind die Harze saurer als die zu gewinnene Säure.

Keinplann · Verfasst am: 24. Sep 2024 16:27 Titel: Ionenaustauscher

Meine Frage:
Also, meine Frage bezieht sich auf folgendes Szenario. Gegeben sei eine Lösung von Natriumnitrat 1 Gramm pro liter. (Das ist die einzige Form an anderen Ionen in Lösung) Dieses wird durch einen Ionenaustauscher der eine schwach sauere Komponente besitzt um H+ ionen gegen Na+ ionen auszutauschen.

Normalerweise in der Chemie würde ich davon ausgehen, dass eine schwache Säure keine Starke säure protonieren kann. Gehen wir aber mal von einem Gleichgewicht aus. So würde ein ganz kleiner Anteil an Nitrat dennoch zur Salpetersäure reprotoniert werden. Der ist aber verschwindend klein. (So, jetzt aber folgendes Detail darauf bezieht sich meine Frage und irgentwie habe ich einen Knoten im Kopf und komm hier nicht weiter.) Was passiert wenn ich die Konzentration niedriger wähle. Wird dann immer noch die selbe Konzentration an Salpetersäure rückgebildet? D.h Das Verhältnis von NaNO3 zu HNO3 ändert sich?

Die Kernfrage ist, wieviel Natrium im Verhätnis zum NO3 noch ankommt, sagen wir bei einem essigsauren Kationentauscher wenn die Konzentration im bereich Parts per billion oder parts per trillion gewählt wird.

Meine Ideen:
Ich tippe darauf, dass die stärkere Säure tatsächlich von der schwächeren Säure nahezu vollständig reprotoniert wird, wenn sie von PH-Wert der vollprotonierten starken säure in Lösung (also extrem niedrig konzentrierte LSG) nicht unter den des ionentauschers fällt.