Ионный обмен

Ионный обмен - это обмен ионов в растворах электролитов (гомогенный ионный обмен) или между ионами в растворе и ионами, находящимися на поверхности твердой фазы (гетерогенный ионный обмен, см. Фазы). Примером первого может служить смешение разбавленных растворов хлорида калия и нитрата натрия:

Изображена обратимая реакция двойного обмена, которая может быть осуществлена при выпаривании этого раствора (см. Равновесие химическое).

Наибольшее значение имеет гетерогенный ионный обмен. Часто только к нему и относят термин "ионный обмен".

Имеются твердые вещества, которые содержат в своем составе подвижные ионы, способные обмениваться на ионы внешней среды. Они получили название ионитов. Особенно распространены ионообменные смолы, получаемые на основе синтетических полимеров. Иониты (ионообменные смолы) делятся на две группы. Одни из них обменивают свои катионы на катионы среды и называются катионитами, другие обменивают анионы и называются анионитами. Иониты не растворяются в растворах солей, кислот и щелочей.

Примером гетерогенного ионного обмена может служить устранение жесткости воды. Если пропускать воду через слой катионита, то ионы натрия в нем будут обмениваться на ионы кальция и магния, содержащиеся в воде и придающие ей жесткость. Схематически эти процессы можно выразить уравнениями:

Здесь Na₂R - условное выражение состава катионита: Na⁺ - весьма подвижный катион, R^2- - частица катионита, несущая отрицательный заряд. Таким образом, ионы кальция и магния переходят из раствора в катионит, а ионы натрия - из катионита в раствор, жесткость воды при этом устраняется.

После использования большей части ионов натрия катиониты обычно регенерируют - восстанавливаются в своем первоначальном составе. Для этого их выдерживают в растворе хлорида натрия, при участии которого происходит обратный процесс: ионы натрия замещают в катионите ионы кальция и магния, которые переходят в раствор:

Гетерогенный ионный обмен широко используется в гидрометаллургии для разделения и очистки редких элементов, при переработке радиоактивных отходов, в химической и фармацевтической промышленности.