m R-OH + Xm- = RmX + m OH−
[6] =>
[7] => Pro názornost předpokládejme, že je v roztoku přítomen [[HCl]].
[8] =>
[9] => -(N(CH3)3)OH + HCl = −(N(CH3)3)Cl + H2O
[10] =>
[11] => === Dělení anexů ===
[12] => Podle schopnosti disociace/protonizace dělíme anexy na
[13] => * '''silně bazické''' - jsou schopny disociace při jakémkoli [[pH]]. Funkční skupina je tvořena [[Kvartérní amoniové sloučeniny|kvartérní amoniovou solí]]. Rozlišují se dva typy silně bazických anexů - typ I, který má na atomu dusíku navázané tři [[methyl]]ové skupiny; a typ II, který má na dusíku odlišné skupiny (dvě methylové skupiny a jednu [[hydroxyethyl]]ovou). Dalším typem je pak selektivní ionex pro odstraňování dusičnanů z pitné vody, který má na dusíku navázané tři [[ethyl]]ové skupiny. Zatímco Typy I a II upřednostňují vazbu se [[Sírany|síranovým]] an[[ion]]tem před [[Dusičnany|dusičnanovým]], tento ionex upřednostňuje vazbu s dusičnanovým aniontem.
[14] => * '''slabě bazické''' - protonizují pouze v neutrálním a kyselém pH, obvyklou funkční skupinou bývají [[Aminy|aminoskupiny]].
[15] =>
[16] => == Katex ==
[17] => Katex je měnič kationtů. Funkční skupina katexu má záporný náboj, protiiont kladný náboj. Nejčastějšími protionty jsou H+ (jedná se o katex v H cyklu), nebo [[sodík|Na+]] (katex v Na cyklu).
[18] => Cílem '''katexu''' je odstranění kationtů z vodného roztoku. Obecně lze výměnu zapsat:
[19] =>
[20] => n R-H + Men+ = RnMe + n H+
[21] =>
[22] => Pro názornost předpokládejme, že je v roztoku přítomen NaCl. Poté dochází k reakci:
[23] =>
[24] => -SO3H + NaCl = −SO3Na + HCl
[25] =>
[26] => Roztok obsahující NaCl obsahuje po průchodu katexem kyselinu chlorovodíkovou.
[27] =>
[28] => === Dělení katexů ===
[29] => Katexy se dají rozdělit na
[30] => * '''silně kyselé''' - disociují při všech hodnotách pH. Funkční skupinou bývá -SO3H, která disociuje na -SO3−
[31] => * '''slabě kyselé''' - disociují pouze v neutrálním a zásaditém pH. Funkční skupinou bývá karboxylová skupina -COOH, která disociuje na -COO−
[32] =>
[33] => == Amfolytické ionexy ==
[34] => Amfolytické ionexy mají schopnost vyměňovat kationty i anionty. Jejich uplatnění v praxi je omezené.
[35] =>
[36] => == Selekční vlastnosti ionexů ==
[37] => Schopnost ionexů vázat na sebe určitý druh iontů a síla této vazby závisí na mnoha parametrech:
[38] => * velikost pórů ionexu
[39] => * charakter protiontů
[40] => * náboj iontu (s rostoucím nábojem roste [[chemická afinita|afinita]])
[41] => * poloměr iontu v jeho hydratovaném stavu (při stejném náboji iontu s klesajícím poloměrem roste afinita)
[42] => * [[polarizovatelnost]] iontu (s polarizovatelností roste afinita)
[43] => * schopnost tvořit [[asociát]]y nebo [[komplexní sloučenina|komplexy]] s ionty fixovanými na ionexu (afinita roste)
[44] => * schopnost tvořit asociáty nebo komplexy s ionty v roztoku (afinita klesá)
[45] =>
[46] => Pro každý typ ionexu se sestavují selektivitní řady - což je řada kationtů nebo aniontů uspořádaných podle vzrůstající, nebo klesající afinitě k ionexu.
[47] =>
[48] => == Další dělení ionexů ==
[49] => Podle složení se ionexy dělí na organické a anorganické. Obě skupiny se dál dělí na umělé a přírodní ionexy. Mezi '''přírodní organické ionexy''' patří například [[huminové látky]], [[sacharidy]], [[fulvokyseliny]], atd. Mezi '''přírodní anorganické''' ionexy řadíme [[hlinitokřemičitan]]y (hlavně [[zeolit]]y). V jejich struktuře jsou některé [[atom]]y [[křemík]]u (s nábojem +4) nahrazeny trojmocným kovem (obvykle [[železo|železem]] nebo [[hliník]]em), případně některý atom trojmocného hliníku nahrazuje atom dvojmocného kovu (vápník, hořčík, železo) - v těchto místech vzniká záporný náboj. '''Syntetické organické''' ionexy se v praxi používají nejčastěji, jejich základem jsou polymery [[styren]]u, [[divinylbenzen]]u, a podobně. Existují i '''syntetické anorganické''' ionexy - například syntetické zeolity, které se dají vyrobit i z elektrárenských popílků. Jejich vlastnosti se dají do určité míry ovlivnit.
[50] =>
[51] => Ionexy se podle velikosti pórů dělí na gelové a na makroporézní. '''Gelové ionexy''' mají menší velikost pórů (řádově nano[[metr]]y), jsou vhodné spíš pro výměnu menších iontů a jsou mechanicky méně odolné. '''Makroporézní ionexy''' mají velikost pórů uměle zvýšenou na stovky nanometrů. Jejich vnitřní struktura je pravidelnější, jsou tak více mechanicky odolné a mají vyšší stupeň zesíťování, výměna iontů je rychlejší. Mívají však menší objemovou kapacitu.
[52] =>
[53] => == Parametry ionexu ==
[54] => * Bobtnavost - bobtnavost vyjadřuje míru [[bobtnání]], vyjadřuje se jako nárůst objemu ionexu po namočení ve vodě, udává se v %
[55] => * Zrnění - udává velikost zrn ionexu. Udává se rozsah zrnění, případně koeficient stejnozrnnosti (obvykle jako podíl ''d60'' ku ''d10'', kde d10 je průměr zrn, jehož hodnoty dosahuje a překračuje 90% materiálu; d60 je průměr zrn, kterého dosahuje nebo překračuje 40% materiálu)
[56] => * Procento zesíťování - určuje odolnost ionexu. Udává se jako procentuální podíl divinylbenzenu.
[57] => * Stabilita ionexu - Ionex mohou narušit oxidační činidla, mechanická destrukce a teplota - zvýšení teploty ohrožuje obzvlášť silné anexy II. typu, které se rozkládají již při 50-80 °C.
[58] => * Selektivita ionexu
[59] => * Specifické zatížení ionexu - objem vody zpracovaný 1m3 ionexu za určitý čas
[60] => * Výkon ionexu - objem upravené vody za určitý čas
[61] => * [[Hustota]] ionexu
[62] => * Celková kapacita ionexu - látkové množství funkčních skupin ionexu, přepočítaná na jednomocné ionty, udává se jako [[val]].[[litr|l−1]]
[63] => * Užitková kapacita ionexu - látkové množství iontu (vyjádřené jako jednomocné ionty), které ionex zachytí do okamžiku průniku
[64] =>
[65] => == Pracovní cyklus ionexu ==
[66] => [[Soubor:Ion exchange resin beads.jpg|náhled|Ionexová pryskyřice]]
[67] =>
[68] => === Iontová výměna ===
[69] => [[Iontová výměna]] je vlastní pracovní cyklus ionexu. Hnací silou je [[difuze]], vliv má i rozdíl koncentrací vně a uvnitř ionexu, elektrický potenciál, případně další probíhající chemické reakce. Ionty nejprve difundují do vnější, filmové vrstvy ionexu, což je část roztoku blízko ionexu, která už neproudí a je v klidu. Rychlost této difuze závisí na proudění roztoku kolonou. Pak následuje difuze skrz filmovou vrstvu k ionexu, poslední fází difuze je gelová difuze, neboli difuze skrz povrchovou vrstvu ionexu k funkční skupině. Řídícím dějem (neboli dějem, který je nejpomalejší, a tak určuje celkovou rychlost procesu) je gelová difuze (pro koncentrace iontů do 0,1mol/kg roztoku), nebo filmová difuze (pro koncentrace iontů do 0,01 mol/kg roztoku).
[70] =>
[71] => Na začátku je všechen ionex v určité formě. Pro případ silného katexu v Na+ cyklu jsou všechny protionty sodné kationty. Při průtoku roztoku kolony dochází k nahrazování Na+ iontů jinými kationty - nejsilněji se vážou ionty s nejvyšší afinitou k ionexu (např. vícemocné kovy), slaběji další ionty podle selektivitní řady. Uvolní se ionty Na+, které odtékají z kolony. Zároveň ionty s vyšší afinitou (například Fe3+) vytěsňují z funkčních skupin ionty s nižší afinitou (například Mg 2+), které se tak posouvají do dalších částí kolony. V okamžiku, kdy jsou odplaveny všechny ionty Na+ (v odtoku se objeví iont z roztoku s nejnižší afinitou k ionexu) dochází k vyčerpání ionexu a je nutné ho regenerovat.
[72] =>
[73] => === Praní a kypření ===
[74] => Při průtoku vody ionexem se ionex stlačuje a sesedá, zvyšují se tak tlakové ztráty. Pokud roztok zároveň obsahuje nerozpuštěné látky, ionex se zanáší a ucpává. Proto je třeba občas ionex vyprat, což se dělá [[protiproud]]ně směsí vody a vzduchu. Nevýhodou je, že se promíchají jednotlivé vrstvy ionexu a zvyšuje se tak spotřeba regeneračního činidla.
[75] =>
[76] => === Regenerace ===
[77] => Regenerace je převedení ionexu do původního pracovního cyklu. Provádí se přebytkem regeneračního činidla (až 6 násobek oproti [[stechiometrie|stechiometrii]]). Dá se provádět souproudně, protiproudně, frakčně, dvouproudně, interně, nebo externě.
[78] =>
[79] => === Vymývání ===
[80] =>
[81] => Provádí se čistou vodou (prošlou ionexem), vymyje se zbytek regeneračního činidla z kolony. Pak je ionex opět připraven k použití.
[82] =>
[83] => == Druhy ionexových stanic ==
[84] => * kolony s nepohyblivou vrstvou ionexu
[85] => * směsné lože
[86] => * kolony s ionexovou vrstvou ve vznosu
[87] => * kontinuální ionexová kolona
[88] =>
[89] => == Použití ionexů ==
[90] =>
[91] => === "Změkčování vody" ===
[92] => Pomocí ionexu se dají odstranit ionty Ca2+ a Mg2+. Pro tyto účely se používají silné katexy zpravidla v sodíkovém cyklu. [[Solnost]] roztoku zůstane zachována - ionty vápníku a hořčíku jsou nahrazeny sodnými ionty.
[93] =>
[94] => === Deionizace vody ===
[95] => Pro deionozaci vody se používá slabě kyselý katex v H-cyklu, který vymění všechny kationty. Za něj se zařazuje slabě bazický anex v OH cyklu, který vymění většinu aniontů. Produktem je [[deionizovaná voda]].
[96] =>
[97] => === Demineralizace vody ===
[98] => [[demineralizovaná voda|Demineralizovanou vodu]] získáme zařazením silně bazického anexu v OH cyklu za kolonu pro výrobu deionizované vody. Tento ionex odstraní i zbytky aniontů a [[oxid křemičitý]].
[99] =>
[100] => === Dekarbonizace vody ===
[101] => Dekarbonizace vody je odstranění [[hydrogenuhličitan]]ových aniontů. Provádí se silně kyselým katexem v H cyklu (moc se už nepoužívá) nebo slabě kyselým katexem. Odstranění lze provádět také "neutrální dekarbonizací", kdy se používá silně bazický anex v Cl-formě.
[102] =>
[103] => Probíhá reakce
[104] =>
[105] => a)pro silně kyselý katex:
[106] => HCO3− + H+ = CO2 + H2O
[107] =>
[108] => b)pro slabě kyselý katex
[109] =>
[110] => -COOH + Na+ + HCO3- = −COONa + H2O+ CO2
[111] =>
[112] => slabě kyselý katex vyměňuje jen kationty ekvivalentnímu obsahu HCO3-
[113] =>
[114] => === Odstranění [[Dusičnany|dusičnanů]] ===
[115] => Používají se silně bazické anexy II. typu. Regenerační roztok po promývání obsahuje velké množství dusičnanů, které se likvidují obvykle [[elektrolýza|elektrolýzou]]:
[116] => 2 NO3− = 2 NO2 + O2 + 2 e−
[117] =>
[118] => Vzniklý [[oxid dusičitý]] se odvětrává nebo dál zpracovává.
[119] =>
[120] => === Selektivní odstraňování těžkých kovů ===
[121] => Pro selektivní odstraňování těžkých kovů se používají komplexotvorné ionexy. Dřív měly především skupinu -SH nebo -S-S-H, reakcí s vícemocným kovem vznikl velmi pevný komplex, který se ovšem nedal regenerovat (musí se spalovat), jeho výhodou je silná afinita ke [[rtuť|rtuti]]. Dnes se používají ionexy se skupinami typu IDA, NTA, nebo EDTA, které s kovem vytváří přes atom kyslíku nebo dusíku koordinační vazbu.
[122] =>
[123] => === Odstranění [[amoniak]]álního dusíku ===
[124] => Amoniakální dusík je ve vodě [[indikátor]]em fekálního znečištění. Pro jeho odstranění se používají především [[zeolit]]y, protože jsou levné a mají dobrou afinitu k jednomocným kationtům. Na druhou stranu mají malou kapacitu a nedají se regenerovat. Používají se například do [[kočkolit]]ů, někdy se i přidávají dobytku do krmiva.
[125] =>
[126] => === Likvidace roztoků s [[komplexní sloučenina|komplexně]] vázanými kovy ===
[127] => Tato technologie se používá především pro získávání vzácných kovů z roztoků, případně pro odstraňování toxických látek. Používají se ionexy, které dokáží kov z komplexu navázat na ionex, v roztoku zůstane pouze roztok komplexotvorného činidla. Jako funkční skupiny ionexů se používají například [[aminomethylpyridin]], oligoethylenaminy (TETA, TEPA, PEHA, …) a podobně. Některé z nich jsou vysoce specifické.
[128] =>
[129] => === Odstraňování aniontů těžkých kovů ===
[130] => Používá se silně bazický anex v Cl cyklu. Pokud je v zachyceném aniontu drahý kov, ionex se spálí a kov se oddělí. Pokud ionex nelze spálit (nebo je to drahé), používá se regenerace [[Thiokyanatan|rhodanidem]] draselným KSCN, z jeho roztoku se pak kov získá elektrolýzou.
[131] =>
[132] => == Související články ==
[133] => * [[Iontová výměna]]
[134] =>
[135] => == Literatura ==
[136] =>
[137] => * Marhol, Milan. Měniče iontů v chemii a radiochemii, 433 s., Academia, Praha, 1976
[138] => * Šmíd, Jaromír a kol. Měniče iontů, jejich vlastnosti a použití, 630 s., SNTL, Praha 1954
[139] => * Samuelson, Olof. Měniče iontů v analytické chemii, 403 s., SNTL, Praha, 1966
[140] =>
[141] => {{Autoritní data}}
[142] =>
[143] => [[Kategorie:Makromolekulární chemie]]
[] =>
)
Vivamus eget neque lacus. Pellentesque egauris ex.
Lorem ipsum, dolor sit amet consectetur elitorceat .
Pellen tesque eget, mauris lorem iupsum neque lacus.