Qu'est-ce qu'un échange d'ions?
Un échange d'ions est un processus chimique dans lequel les ions sont échangés entre deux solutions d'électrolyte ou entre une solution d'électrolyte et une structure matricielle solide connue sous le nom de polymère d'échange d'ions.Lorsque la solution d'électrolyte réagit avec le polymère ou la résine, les ions de la solution sont piégés et attachés au substrat solide, qui libère à son tour différents ions de la même charge.L'échange de cations se produit lorsque des particules chargées positivement sont échangées, tandis que l'échange d'anions se produit lorsque des particules chargées négativement sont échangées.
Les échanges d'ions peuvent se produire en milieu naturel à travers des minéraux en aluminosilicate appelés zéolites, qui se trouvent dans l'argile.Le niveau d'échange de cations qui se produit dans le sol peut être utilisé comme indicateur de la capacité du sol à conserver les nutriments.C'est également un facteur important pour déterminer la pureté des eaux souterraines.
En milieu industriel, l'échange d'ions a lieu grâce à l'utilisation de polymères organiques synthétiques.Un polymère d'échange d'ions peut être fabriqué pour filtrer spécifiquement certains ions à partir d'une solution.Il existe quatre principaux types de polymères d'échange d'ions qui ont différentes affinités ioniques et propriétés chimiques: fortes résines d'anion de base, résines anions de base faibles, résines de cation à acide forte et résines de cations acides faibles.
En plus de ces quatre groupes, d'autres typesdes résines d'échange d'ions existent.Les résines chélatantes sont importantes pour filtrer les cations toxiques des métaux lourds, tels que le plomb et le mercure.Ces résines sont utilisées dans le traitement des eaux usées et des eaux souterraines.
Des résines acides fortes peuvent être utilisées pour éliminer les cations de calcium et de magnésium de l'eau dans un processus connu sous le nom de ramollissement de l'eau.Les ions de calcium et de magnésium de la solution sont échangés contre des ions sodium ou hydrogène de la résine.Les produits ménagers tels que le détergent à lessive utilisent des zéolites pour le ramollissement de l'eau pour empêcher l'interférence des ions de calcium et de magnésium avec l'action de nettoyage du savon.
La déionisation de l'eau est une autre application courante de l'échange d'ions.Dans la déionisation, les sels minéraux tels que le sodium et le calcium sont retirés de l'eau et remplacés par des cations hydrogène ou des anions d'hydroxyde, selon le type de résine utilisé.Ce processus produit une forme purifiée d'eau comparable à l'eau distillée, ce qui est utile dans les processus de laboratoire et industriels où une grande pureté de l'eau est nécessaire.
Les réactions d'échange d'ions industrielles sont généralement effectuées à l'aide de colonnes.Ces navires contiennent un lit de résine, qui contient la résine d'échange d'ions pendant que la solution est passée à travers.L'écoulement peut être contrôlé par des vannes et une instrumentation fixées à la colonne.Lorsque la solution est passée à travers la résine, l'échange d'ions se produit jusqu'à ce que tous les sites de liaison de la résine soient remplis, produisant une solution purifiée.