Τι είναι η ανταλλαγή ιόντων;

Μια ανταλλαγή ιόντων είναι μια χημική διαδικασία στην οποία τα ιόντα ανταλλάσσονται μεταξύ δύο διαλυμάτων ηλεκτρολύτη ή μεταξύ ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη και μιας δομής συμπαγής μήτρας γνωστή ως πολυμερές ανταλλαγής ιόντων.Όταν το διάλυμα ηλεκτρολύτη αντιδρά με το πολυμερές ή τη ρητίνη, τα ιόντα από το διάλυμα παγιδεύονται και συνδέονται με το στερεό υπόστρωμα, το οποίο με τη σειρά του απελευθερώνει διαφορετικά ιόντα του ίδιου φορτίου.Η ανταλλαγή κατιόντων συμβαίνει όταν ανταλλάσσονται θετικά φορτισμένα σωματίδια, ενώ η ανταλλαγή ανιόντων συμβαίνει όταν ανταλλάσσονται αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Η ανταλλαγή ιόντων μπορεί να εμφανιστεί σε φυσικά περιβάλλοντα μέσω αργιλοπυριτικών ορυκτών γνωστών ως ζεόλιθοι, οι οποίοι βρίσκονται στον πηλό.Το επίπεδο ανταλλαγής κατιόντων που εμφανίζεται στο έδαφος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης της ικανότητας του εδάφους να διατηρεί θρεπτικά συστατικά.Είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της καθαρότητας των υπόγειων υδάτων.

Σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, η ανταλλαγή ιόντων λαμβάνει χώρα μέσω της χρήσης συνθετικών οργανικών πολυμερών.Ένα πολυμερές ανταλλαγής ιόντων μπορεί να κατασκευαστεί για να φιλτράρει συγκεκριμένα ορισμένα ιόντα από ένα διάλυμα.Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι πολυμερών ανταλλαγής ιόντων που διαθέτουν διαφορετικές συγγένειες ιόντων και χημικές ιδιότητες: ισχυρές βάσες ανιόνες, αδύναμες ανιόνες βάσης, ισχυρές ρητίνες κατιόντων οξέος και αδύναμες ρητίνες κατιόντων οξέος.υπάρχουν ρητίνες ανταλλαγής ιόντων.Οι ρητίνες χηλικοποίησης είναι σημαντικές για το φιλτράρισμα των τοξικών κατιόντων βαρέων μετάλλων, όπως ο μόλυβδος και ο υδράργυρος.Αυτές οι ρητίνες χρησιμοποιούνται σε επεξεργασία λυμάτων και υπογείων υδάτων.

Οι ισχυρές ρητίνες οξέος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση κατιόντων ασβεστίου και μαγνησίου από νερό σε μια διαδικασία γνωστή ως μαλάκωμα νερού.Τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου από το διάλυμα ανταλλάσσονται για ιόντα νατρίου ή υδρογόνου από τη ρητίνη.Τα οικιακά προϊόντα, όπως το απορρυπαντικό πλυντηρίων, χρησιμοποιούν ζεόλιθους για το μαλάκωμα του νερού για να αποφευχθεί η παρεμβολή των ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου με την δράση καθαρισμού του σαπουνιού.

Απιεύνηση του νερού είναι μια άλλη κοινή εφαρμογή της ανταλλαγής ιόντων.Σε απιονισμό, ορυκτά άλατα όπως το νάτριο και το ασβέστιο απομακρύνονται από το νερό και αντικαθίστανται από κατιόντα υδρογόνου ή ανιόντα υδροξειδίου, ανάλογα με τον τύπο της ρητίνης που χρησιμοποιείται.Αυτή η διαδικασία παράγει μια καθαρή μορφή νερού συγκρίσιμη με το αποσταγμένο νερό, το οποίο είναι χρήσιμο στις εργαστηριακές και βιομηχανικές διεργασίες όπου απαιτείται υψηλή καθαρότητα νερού. Οι αντιδράσεις ανταλλαγής βιομηχανικών ιόντων συνήθως πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας στήλες.Αυτά τα σκάφη περιέχουν ένα κρεβάτι ρητίνης, το οποίο συγκρατεί τη ρητίνη ανταλλαγής ιόντων, ενώ η λύση διέρχεται από αυτό.Η ροή μπορεί να ελεγχθεί με βαλβίδες και όργανα που συνδέονται με τη στήλη.Καθώς το διάλυμα διέρχεται μέσω της ρητίνης, η ανταλλαγή ιόντων εμφανίζεται μέχρι να γεμίσουν όλες οι θέσεις συγκόλλησης στη ρητίνη, παράγοντας ένα καθαρισμένο διάλυμα.