Cesko.wiki Iontová výměna
Author
Albert FloresIontová výměna je proces, který se používá k oddělení iontů, tedy atomů nebo molekul, ze směsi. Tento proces se často používá v chemii, biochemii a analytické chemii pro separaci a čištění iontů. Principem iontové výměny je využití různých molekulárních struktur, které mají schopnost vázat specifické typy iontů a uvolnit je v přítomnosti jiného iontu. Jednou z nejčastějších metod iontové výměny je chromatografie, která umožňuje oddělit ionty na základě jejich různého chování při průchodu přes iontový výměnný materiál. Tato technika je široce využívána v laboratořích pro analýzu vzorků a čištění iontů pro další pokročilé výzkumné účely. Iontová výměna je také důležitou metodou v chemickém průmyslu pro výrobu čistých chemikálií a farmaceutických látek. Patří mezi nířekonvenční metody výroby vysoce kvalitních produktů s minimálním množstvím vedlejších produktů nebo nečistot. Celkově lze říci, že iontová výměna je klíčový proces v chemii, který umožňuje oddělení a čištění iontů pro další analýzu a využití v různých oblastech vědy a průmyslu.
Historie
Prof. F. +more Helferich ve své monografii Ion Exchange zmiňuje pasáž z bible, která prý naznačuje použití iontové výměny pro desalinaci brakické vody. Mojžíš prý připravil pitnou vodu z brakické vody s využitím dřeva:.
„Hnul pak Mojžíš lidem Izraelským od moře Rudého, a táhli na poušť Sur. I šli tři dni po poušti, a nenalezli vod. +more A přišedše do Marah, nemohli piti vod z Marah, nebo byly hořké; protož nazváno jest jméno jeho Marah. Z té příčiny reptal lid na Mojžíše, řka: Co budeme píti. I volal k Hospodinu, a ukázal mu Hospodin dřevo, kteréž jakž uvrhl do vod, učiněny jsou sladké vody. Tu vydal jemu práva a soudy, a tu ho zkusil. “ Exodus 15:23-25.
Další zmínky pak lze najít v dílech Aristotela (330 př. n. +more l. ) a v díle Sylva Sylvarum Francise Bacona (1627), kteří pozorovali, že mořská voda ztrácí část své solnosti při průchodu určitými druhy půd a písků. Také další pokrok iontové výměny úzce souvisel s půdní chemií. První moderní studii iontové výměny provedli H. Thompson a J. Way v roce 1850. Pozorovali výměnu amoniaku z hnojiva za vápník z půdy. V roce 1858 zjistil německy chemik Eichorn, že iontová výměna v půdách je vratný proces.
První praktické aplikace se dočkaly zeolity v roce 1905. Německý chemik Gans vyvinul proces změkčování vody využívající syntetické zeolity. +more V roce 1934 pak B. A. Adams a E. L. Holmes syntetizovali první organické ionexy na bázi fenol-formaldehydových pryskyřic. V roce 1944 G. F. D'Alelio pripravil katex založený na kopolymeru styrenu a divinylbenzenu (DVB). Styren/DVB kopolymer se pro syntézu ionexů používá dodnes.
Principy
Iontová výměna je složitý proces, který nezahrnuje jen vlastní iontovýměnnou reakci. To lze ilustrovat na příkladu výměny iontu A za iont B v ionexové fázi. +more Ionex je většinou ve formě polymerní nabotnalé perličky. Celý proces lze rozdělit na několik kroků:.
* difúze iontu A z roztoku k povrchu ionexové perličky * difúze iontu A ionexovou perličkou k funkční skupině * vlastní iontovýměnná reakce * difúze iontu B ionexovou perličkou k povrchu * difúze iontu B od povrchu ionexové perličky do roztoku
Nejpomalejším krokem, který určuje celkovou rychlost, bývá většinou difuze gelem. Výjimkou mohou být chelatační ionexy a speciální sorbenty, kde je hlavním mechanismem sorpce tvorba komplexu. +more Ta pak může být krokem určujícím rychlost.
V oblasti iontové výměny se často používají zakázané jednotky jako jsou valy, nebo ekvivalenty. Pro koncentrace iontů se používají jednotky mol chemického ekvivalentu na litr (eq/l). +more Což je zjednodušeně koncentrace v molech na litr vynásobená nábojem iontu z. Jeden mol chemického ekvivalentu iontu z roztoku se vymění vždy za jeden mol chemického ekvivalentu iontu z ionexové fáze. V molech to ovšem neplatí. Pokud vezmeme jako příklad změkčování vody, vymění se jeden mol vápenatého iontu (z=2) za 2 moly sodného iontu (z=1).
:: 2 Na+(gel) + Ca2+(aq) → Ca2+(gel) + 2 Na+(aq)
Selektivitu iontové výměny ovlivňuje několik faktorů. Preferovány jsou zejména ionty, které mají:
* vyšší náboj * menší hydratovaný poloměr * tvoří komplexy s funkční skupinou ionexu
Aplikace
změkčování vody * příprava napájecí vody pro kotle elektráren * příprava ultračisté vody pro elektrotechnický průmysl * odstraňování dusičnanů z pitné vody * odstraňování těžkých kovů z pitných a odpadních vod * přepracování vyhořelého jaderného paliva
Související články
Literatura
Marhol, Milan. Měniče iontů v chemii a radiochemii, 433 s. +more, Academia, Praha, 1976 * Šmíd, Jaromír a kol. Měniče iontů, jejich vlastnosti a použití, 630 s. , SNTL, Praha 1954 * Samuelson, Olof. Měniče iontů v analytické chemii, 403 s. , SNTL, Praha, 1966.
Externí odkazy
[url=http://www.vscht.cz/ktt/]Skupina iontové výměny, Ústav energetiky, VŠCHT Praha[/url]
Kategorie:Makromolekulární chemie Kategorie:Fyzikální chemie