Co to jest wymiana jonowa?

Wymiana jonowa jest procesem chemicznym, w którym jony są wymieniane między dwoma roztworami elektrolitowymi lub między roztworem elektrolitu a strukturą macierzy stałą znaną jako polimer jonowo-wymiany.Gdy roztwór elektrolitu reaguje z polimerem lub żywicą, jony z roztworu są uwięzione i przymocowane do podłoża stałego, co z kolei uwalnia różne jony tego samego ładunku.Wymiana kationów występuje, gdy wymieniane są dodatnio naładowane cząstki, podczas gdy wymiana anionów zachodzi, gdy wymieniane są ujemnie naładowane cząstki.

Wymiana jonów może wystąpić w naturalnych ustawieniach przez aluminiowe minerały znane jako zeolity, które występują w glinie.Poziom wymiany kationów występującej w glebie może być wykorzystywany jako wskaźnik zdolności gleby do zatrzymywania składników odżywczych.Jest to również ważny czynnik w określaniu czystości wód gruntowych.

W ustawieniach przemysłowych wymiana jonów zachodzi za pomocą syntetycznych polimerów organicznych.Polimer wymiany jonowej można wytworzyć, aby specjalnie odfiltrować niektóre jony z roztworu.Istnieją cztery główne typy polimerów wymiany jonów, które mają różne powinowactwa jonowe i właściwości chemiczne: silne żywice anionowe, słabe żywice anionowe, mocne żywice kationowe kwasu i słabe żywice kationowe.

Oprócz tych czterech grup, inne typy, inne typy, inne typy, inne typy, inne typyżywicy wymiany jonowych istnieją.Żywice chelatujące są ważne w filtrowaniu toksycznych kationów metali ciężkich, takich jak ołów i rtęć.Te żywice są stosowane w oczyszczaniu ścieków i wód podziemnych.

Silne żywice kwasowe można stosować do usuwania wapnia i magnezu z wody w procesie znanym jako zmiękczenie wody.Jony wapnia i magnezu z roztworu są wymieniane na jony sodu lub wodoru z żywicy.Produkty gospodarstwa domowego, takie jak detergent do prania, wykorzystują zeolity do zmiękczania wody, aby zapobiec zakłóceniu jonów wapnia i magnezu przy działaniu mydła czyszczącego.

DEIONIZACJA WODY jest kolejnym powszechnym zastosowaniem wymiany jonowej.W dejonizacji sole mineralne, takie jak sód i wapń, są usuwane z wody i zastępowane kationami wodoru lub anionami wodorotlenowymi, w zależności od rodzaju zastosowanej żywicy.Proces ten wytwarza oczyszczoną formę wody porównywalnej do wody destylowanej, która jest przydatna w procesach laboratoryjnych i przemysłowych, w których wymagana jest wysoka czystość wody.

Reakcje wymiany jonów przemysłowych są zwykle przeprowadzane przy użyciu kolumn.Te naczynia zawierają łóżko żywicy, które trzyma żywicę jonową, podczas gdy rozwiązanie jest przez nią przechodzące.Przepływ można kontrolować przez zawory i oprzyrządowanie przymocowane do kolumny.W miarę przepuszczania roztworu przez żywicę, wymiana jonów zachodzi, dopóki wszystkie miejsca wiązania w żywicy nie zostaną wypełnione, wytwarzając oczyszczone rozwiązanie.