¿Qué es un intercambio de iones?
Un intercambio de iones es un proceso químico en el que se intercambian iones entre dos soluciones de electrolitos o entre una solución de electrolitos y una estructura de matriz sólida conocida como polímero de intercambio de iones. Cuando la solución electrolítica reacciona con el polímero, o resina, los iones de la solución están atrapados y unidos al sustrato sólido, que a su vez libera diferentes iones de la misma carga. El intercambio de cationes ocurre cuando se intercambian partículas cargadas positivamente, mientras que el intercambio de aniones ocurre cuando las partículas cargadas negativamente se intercambian.
El intercambio de iones puede ocurrir en entornos naturales a través de minerales de aluminosilicato conocidos como zeolitas, que se encuentran en arcilla. El nivel de intercambio de cationes que ocurre en el suelo puede usarse como un indicador de la capacidad del suelo para retener nutrientes. También es un factor importante para determinar la pureza del agua subterránea.
En los entornos industriales, el intercambio de iones tiene lugar mediante el uso de polímeros orgánicos sintéticos. Un polímero de intercambio iónico puedeser fabricado para filtrar específicamente ciertos iones de una solución. Existen cuatro tipos principales de polímeros de intercambio de iones que tienen diferentes afinidades iones y propiedades químicas: resinas de aniones base fuertes, resinas de aniones base débiles, resinas de catión ácido fuertes y resinas de catión ácido débiles.
Además de estos cuatro grupos, existen otros tipos de resinas de intercambio iónico. Las resinas quelantes son importantes para filtrar cationes tóxicos de metales pesados, como el plomo y el mercurio. Estas resinas se usan en el tratamiento de aguas residuales y aguas subterráneas.
Se pueden usar resinas ácidas fuertes para eliminar los cationes de calcio y magnesio del agua en un proceso conocido como ablandamiento del agua. Los iones de calcio y magnesio de la solución se intercambian por iones de sodio o hidrógeno de la resina. Los productos para el hogar, como el detergente de lavandería, emplean zeolitas para el ablandamiento del agua para evitar la interferencia de los iones de calcio y magnesiocon la acción de limpieza del jabón.
deionización del agua es otra aplicación común del intercambio de iones. En la deionización, las sales minerales como el sodio y el calcio se eliminan del agua y se reemplazan con cationes de hidrógeno o aniones de hidróxido, dependiendo del tipo de resina utilizada. Este proceso produce una forma purificada de agua comparable al agua destilada, que es útil en procesos de laboratorio e industriales donde se requiere alta pureza del agua.
Las reacciones de intercambio de iones industriales generalmente se llevan a cabo utilizando columnas. Estos buques contienen un lecho de resina, que contiene la resina de intercambio de iones mientras la solución se pasa a través de ella. El flujo se puede controlar mediante válvulas e instrumentación unida a la columna. A medida que la solución se pasa a través de la resina, el intercambio de iones ocurre hasta que se llenan todos los sitios de unión en la resina, produciendo una solución purificada.