2) не изменяется
3) уменьшается
4) вначале увеличивается, потом уменьшается
Аффинность к катионообменной смоле в данном ряду увеличивается: Na+ < Ca2+ < Al3+ < Th4+. Катионообменная смола содержит неподвижные отрицательно заряженные функциональные группы, например сульфонатные или карбоксильные. Они электростатически связывают катионы из раствора, замещая противоионы смолы. При сопоставимых условиях многозарядный ион взаимодействует с большим числом фиксированных центров и удерживается прочнее, чем однозарядный.
Основой селективности является преимущественно заряд иона и его зарядовая плотность: с повышением степени окисления усиливается электростатическое притяжение и возрастает коэффициент селективности смолы. Поэтому Na+ легче вытесняется и элюируется, тогда как Ca2+, Al3+ и особенно Th4+ связываются сильнее. В реальной системе порядок может изменяться под влиянием радиуса гидратированного иона, pH, концентрации электролита, гидролиза и образования устойчивых комплексов, однако для приведённого ряда действует общее правило увеличения сродства с ростом заряда.
| Ион | Заряд | Относительная электростатическая связь со смолой | Особенности ионного обмена | Относительная лёгкость элюирования |
|---|---|---|---|---|
| Na+ | +1 | Наименьшая | Занимает один обменный центр; легко конкурирует с другими катионами | Высокая |
| Ca2+ | +2 | Выше, чем у Na+ | Связывается сильнее благодаря большей зарядовой плотности | Ниже, чем у Na+ |
| Al3+ | +3 | Высокая | Может удерживаться несколькими функциональными группами; существенно зависит от pH и гидролиза | Низкая |
| Th4+ | +4 | Наиболее высокая в рассматриваемом ряду | Сильно взаимодействует с отрицательными центрами; возможны гидролиз и комплексообразование | Наименьшая |
| Главный фактор | Рост положительного заряда | Усиление притяжения к фиксированным анионам смолы | Повышение селективности к многозарядным катионам | Увеличение трудности десорбции |
| Ограничение правила | — | Не определяется только зарядом | Учитываются гидратация, радиус иона, pH, ионная сила и комплексообразование | Порядок может меняться в специфических условиях |
Таким образом, отмеченный вариант увеличивается отражает общую закономерность катионного обмена: многозарядные катионы имеют большее сродство к отрицательно заряженной смоле. Это свойство используют для разделения и концентрирования ионов, а также для их последующего элюирования в определённой последовательности. При аналитическом применении условия среды стандартизуют, поскольку гидролиз алюминия и тория способен изменить их эффективный заряд и форму нахождения в растворе. Чем прочнее ион связан со смолой, тем более сильный элюент требуется для его удаления.