Ablandamiento Ionico

Intercambiadores Iónicos

• Son sustancias granulares insolubles, que tienen, en su estructura molecular, radicales ácidos o básicos, capaces de permutar, sin modificación aparente de su aspecto físico, y sin alteración alguna o solubilización, los iones positivos o negativos fijados previamente a estos radicales, por otros iones del mismo signo, que se encuentran en solución en el líquido puesto en contacto con ellos.

El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ión de una disolución se intercambia por otro ión de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil

Reacción de Intercambio Iónico

• Los intercambiadores iónicos son matrices sólidas que contienen sitios activos con carga electroestática, positiva o negativa. En estos sitios activos tiene lugar la reacción de intercambio iónico.

• Esta reacción se puede ilustrar con la siguiente ecuación tomando como ejemplo el intercambio entre el ión sodio, Na+, que se encuentra en los sitios activos de la matriz R, y el ión calcio, Ca2+, presente en la disolución que contacta dicha matriz.

2R-Na+ + Ca+2 (aq)-----------------R2Ca+2Na+(aq)

Intercambiadores Iónicos

• Se clasifican en cationicos y anionicos (débiles y fuertes)

• Son de tres tipos:

◦ Carbón sulfonado

◦ Resinas de poliestireno sulfonicas

◦ resinas carboxílicas

Reacciones de intercambio.

1. Resinas catiónicas fuertemente ácidas

forma ácida, regenerar con HCl o H2SO4

2R-SO3H + Ca+2 ===== (R-SO3)2Ca + 2H+

forma sódica, regenerar con NaCl

2R-SO3Na + Ca+2 ===== (R-SO3)2Ca + 2Na

2. Resinas aniónicas fuertemente básicas

forma hidroxílica, regenerar con NaOH

2R-R`3NOH + SO4-2 ===== (R-R`3N)2SO4 + 2OH-

forma clorada, regenerar con NaCl o HCl

2R-R`3NCl + SO4-2 ===== (R-R`3N)2SO4 + 2Cl-

Capacidad de intercambio: Se define como la cantidad de iones que una resina puede intercambiar en determinadas condiciones experimentales. Se expresa en equivalentes por litro de resina, o por gramo.

Selectividad: Propiedad de los intercambiadores iónicos por la que un intercambiador muestra mayor afinidad por un ión que por otro.

• PO4-3 > SO4-2 > Cl-

• CNS- > ClO4- > I- > NO3- > Br- > CN- > HSO4- > NO2- > Cl- > HCO3- > OH- > F-

• Th+4 > Nd+3 > Ca+2 > Na+

• Ba+2 > Sr+2 > Ca+2 > Mg+2 > Be+2

• Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+

El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio.

El método de ablandamiento más utilizado es mediante resinas de intercambio iónico; al hacer pasar aguas duras por dichas resinas, tanto el calcio como el magnesio quedan "pegados", intercambiando posiciones con sodio, al que desalojan de la resina hasta agotarla. Cuando el agua deja el manto de resina, se ha reemplazado su contenido de Ca y Mg por Na; una vez agotada la posibilidad de reemplazo o intercambio, la resina debe ser regenerada, para "devolverle los sodios" originales.

Desmineralización: El intercambio iónico de desmineralización, es un proceso similar al de ablandamiento, sólo que en lugar de removerse Ca y Mg, se trata de desplazar todos los iones presentes (cationes y aniones). Con resinas catiónicas se intercambian los cationes (Na, Ca, Mg, K, etc.) por H+ y con resinas aniónicas se reemplazan los aniones (sulfatos, cloruros, etc.) por OH*.

Etapas del proceso de intercambio iónico en columna

1. Empaquetamiento de la columna: Consiste en introducir la resina en el interior de la columna evitando la formación de bolsas de aire entre sus partículas para así obtener un lecho uniforme. Esta operación se realiza habitualmente lavando el intercambiador con agua destilada.

2. Acondicionamiento del intercambiador: Muchas resinas se venden en una forma iónica que puede no ser la adecuada para el tratamiento que se desea realizar.

En la etapa de acondicionamiento se procede a cambiar el contraión no deseado de la resina, poniéndola en contacto con una disolución concentrada del ión que se desea tener.

Una vez ese ha conseguido este objetivo y la resina está

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