科技名词|离子选择性

离子选择性

ion selectivity

定义：固相表面对各种离子吸附亲和力大小不同的现象。

学科：土壤学_土壤化学

相关名词：固相 吸附 电荷密度 水合离子

图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

离子选择性是指固相表面对溶液中不同离子表现出差异性吸附能力的现象。具有离子选择性的材料包括离子交换树脂、沸石、黏土矿物、生物膜以及各种化学修饰的电极等。

离子选择性的产生机制包括：

1.离子电荷密度。高价离子通常比低价离子更容易被吸附，因为其电荷密度更高，与固相表面的静电作用更强。

2.离子水合半径。离子在水溶液中会与水分子结合形成水合离子，水合半径较小的离子更容易接近固相表面，因而更容易被吸附。

3.空间匹配效应。固相表面的孔道或空腔结构与特定离子的尺寸匹配时，会产生特异性吸附。

4.化学特异性。某些固相表面含有可与特定离子形成配位键或共价键的官能团，从而产生选择性。

离子选择性的显著特点：

1.特异性高。某些材料可以对特定离子表现出极高的选择性，如冠醚对碱金属离子的选择性识别。

2.可调控性。通过改变固相材料的化学组成、孔道结构或表面官能团，可以调控其离子选择性。

3.环境响应性。一些智能材料对外界条件（如温度、电场）变化敏感，可逆地改变其离子选择性。

基于这些特性，离子选择性在多个领域具有重要应用价值：

1.水处理与净化。离子交换树脂可用于水的软化和除盐，在工业用水处理和饮用水净化中广泛应用。

2.资源回收与物质分离。通过离子选择性材料可以从复杂体系中特异性提取有价值离子，如从海水中提取锂、从废水中回收贵金属等。

3.化学传感与检测。离子选择性电极利用膜材料对特定离子的选择性响应，实现对特定离子的定量检测，广泛应用于环境监测、临床检验和工业过程控制。

4.生物医学领域。生物膜上的离子通道具有高度离子选择性，维持着细胞内外离子浓度差，是神经传导、肌肉收缩等生命活动的基础。仿生离子选择性膜也在药物控释和人工器官中得到应用。

（延伸阅读作者：海南大学教授 周腾）