O que é uma troca de íons?
Uma troca de íons é um processo químico no qual os íons são trocados entre duas soluções eletrolíticas ou entre uma solução de eletrólito e uma estrutura de matriz sólida conhecida como polímero de troca de íons. Quando a solução eletrolítica reage com o polímero, ou resina, os íons da solução estão presos e presos ao substrato sólido, que por sua vez libera diferentes íons da mesma carga. A troca de cátions ocorre quando as partículas carregadas positivamente são trocadas, enquanto a troca de ânions ocorre quando as partículas carregadas negativamente são trocadas.
A troca de íons pode ocorrer em ambientes naturais através de minerais de aluminossilicato conhecidos como zeólitos, encontrados na argila. O nível de troca de cátions que ocorre no solo pode ser usado como um indicador da capacidade do solo de reter nutrientes. É também um fator importante na determinação da pureza das águas subterrâneas.
Em ambientes industriais, a troca iônica ocorre através do uso de polímeros orgânicos sintéticos. Um polímero de troca iônica podeser fabricado para filtrar especificamente certos íons de uma solução. Existem quatro tipos principais de polímeros de troca de íons que possuem diferentes afinidades de íons e propriedades químicas: resinas de ânions de base fortes, resinas de ânion de base fracas, resinas de cátions ácidos fortes e resinas de cátions ácidos fracos. As resinas quelantes são importantes para filtrar cátions tóxicos de metais pesados, como chumbo e mercúrio. Essas resinas são usadas no tratamento de águas residuais e subterrâneas.
Resinas ácidas fortes podem ser usadas para remover cátions de cálcio e magnésio da água em um processo conhecido como amolecimento da água. Os íons de cálcio e magnésio da solução são trocados por íons de sódio ou hidrogênio da resina. Produtos domésticos, como detergente para lavanderia, empregam zeólitos para amolecimento da água para evitar a interferência de íons de cálcio e magnésiocom a ação de limpeza do sabão.
A desionização da água é outra aplicação comum da troca iônica. Na desionização, sais minerais como sódio e cálcio são removidos da água e substituídos por cátions de hidrogênio ou ânions hidróxido, dependendo do tipo de resina usada. Este processo produz uma forma purificada de água comparável à água destilada, que é útil em processos de laboratório e industrial, onde é necessária alta pureza de água.
As reações de troca de íons industriais geralmente são realizadas usando colunas. Esses navios contêm um leito de resina, que mantém a resina de troca iônica enquanto a solução é passada por ele. O fluxo pode ser controlado por válvulas e instrumentação conectada à coluna. À medida que a solução é passada através da resina, ocorre a troca iônica até que todos os locais de ligação na resina sejam preenchidos, produzindo uma solução purificada.