O que é uma troca iônica?

Uma troca iônica é um processo químico no qual os íons são trocados entre duas soluções eletrolíticas ou entre uma solução eletrolítica e uma estrutura de matriz sólida conhecida como polímero de troca iônica. Quando a solução eletrolítica reage com o polímero, ou resina, os íons da solução ficam presos e presos ao substrato sólido, que, por sua vez, libera diferentes íons da mesma carga. A troca catiônica ocorre quando são trocadas partículas carregadas positivamente, enquanto a troca aniônica ocorre quando são trocadas partículas carregadas negativamente.

A troca iônica pode ocorrer em ambientes naturais através de minerais de aluminossilicato conhecidos como zeólitos, encontrados na argila. O nível de troca catiônica que ocorre no solo pode ser usado como um indicador da capacidade do solo em 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 pode ser fabricado para filtrar especificamente certos íons de uma solução. Existem quatro tipos principais de polímeros de troca iônica que têm diferentes afinidades iônicas e propriedades químicas: resinas de ânions de base forte, resinas de ânion de base fraca, resinas de cátions ácidos fortes e resinas de cátions ácidos fracos.

Além desses quatro grupos, existem outros tipos de resinas de troca iônica. As resinas quelantes são importantes na filtragem de 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 cálcio e magnésio da solução são trocados por íons sódio ou hidrogênio da resina. Produtos domésticos, como detergente para a roupa, empregam zeólitos para amaciar a água, a fim de evitar a interferência de íons cálcio e magnésio na 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 utilizada. Esse processo produz uma forma purificada de água comparável à água destilada, útil em processos laboratoriais e industriais em que é necessária alta pureza da água.

As reações de troca iônica industrial são geralmente realizadas usando colunas. Esses vasos contêm um leito de resina, que retém a resina de troca iônica enquanto a solução passa por ela. O fluxo pode ser controlado por válvulas e instrumentação acoplada à coluna. À medida que a solução passa pela resina, a troca iônica ocorre até que todos os locais de ligação na resina sejam preenchidos, produzindo uma solução purificada.