Co je výměna iontů?

Iontová výměna je chemický proces, ve kterém jsou ionty vyměňovány mezi dvěma elektrolytovými roztoky nebo mezi roztokem elektrolytu a pevnou matricovou strukturou známou jako iontoměničový polymer. Když roztok elektrolytu reaguje s polymerem nebo pryskyřicí, jsou ionty z roztoku zachyceny a připojeny k pevnému substrátu, který zase uvolňuje různé ionty stejné náboje. Kationtová výměna nastane, když se vymění kladně nabité částice, zatímco anionová výměna nastane, když se vymění záporně nabité částice.

Ionová výměna se může vyskytovat v přírodním prostředí prostřednictvím aluminosilikátových minerálů známých jako zeolity, které se nacházejí v jílu. Úroveň výměny kationtů v půdě může být použita jako indikátor schopnosti půdy zadržovat živiny. Je to také důležitý faktor při určování čistoty podzemních vod.

V průmyslovém prostředí probíhá výměna iontů pomocí syntetických organických polymerů. Iontoměničový polymer může být vyroben tak, aby specificky odfiltroval určité ionty z roztoku. Existují čtyři hlavní typy iontoměničových polymerů, které mají různé iontové afinity a chemické vlastnosti: silné bazické aniontové pryskyřice, slabé bazické aniontové pryskyřice, silné kyselé kationtové pryskyřice a slabé kyselé kationtové pryskyřice.

Kromě těchto čtyř skupin existují i ​​jiné typy iontoměničových pryskyřic. Chelatační pryskyřice jsou důležité při odfiltrování toxických kationtů těžkých kovů, jako je olovo a rtuť. Tyto pryskyřice se používají při čištění odpadních vod a podzemních vod.

Silné kyselé pryskyřice mohou být použity k odstranění kationtů vápníku a hořčíku z vody v procesu známém jako změkčování vody. Ionty vápníku a hořčíku z roztoku jsou nahrazeny ionty sodíku nebo vodíku z pryskyřice. Výrobky pro domácnost, jako je prací prášek, používají zeolity pro změkčení vody, aby se zabránilo rušení iontů vápníku a hořčíku při čištění mýdla.

Deionizace vody je další běžnou aplikací iontové výměny. Při deionizaci se minerální soli, jako je sodík a vápník, odstraňují z vody a nahrazují se vodíkovými kationty nebo hydroxidovými anionty, v závislosti na typu použité pryskyřice. Tento proces vytváří vyčištěnou formu vody srovnatelnou s destilovanou vodou, což je užitečné v laboratorních a průmyslových procesech, kde je vyžadována vysoká čistota vody.

Průmyslové iontoměničové reakce se obvykle provádějí pomocí kolon. Tyto nádoby obsahují pryskyřičné lože, které drží iontoměničovou pryskyřici, zatímco roztok prochází skrz ni. Průtok může být řízen ventily a přístroji připojenými ke koloně. Když roztok prochází pryskyřicí, dochází k iontové výměně, dokud nejsou vyplněna všechna vazebná místa v pryskyřici, čímž se získá čištěný roztok.