Intercambio iónico

ÍNDICE

1. Introducción …………………………………………………… Pág. 2

2. Objetivo de la práctica …………………………………….. Pág. 3

3. Fundamentos teóricos ………………………………………. Pág. 4

4. Montaje y procedimiento experimental …………………. Pág. 8

5. Tratamiento de los datos y análisis de datos ……… Pág. 12

6. Conclusiones ……………………………………………………. Pág. 26Bibliografía ………………………………………………………… Pág. 28

1. INTRODUCCIÓN

El intercambio iónico es una operación unitaria de transferencia de materia entre dos fases, una sólida y la otra líquida. Se trata del intercambio reversible de iones entre un sólido y un líquido en el que no se produce un cambio permanente en la estructura del sólido. El intercambio iónico se usa principalmente enel ablandamiento y desionización del agua. También es un método de separación muy útil en muchos procesos químicos y de análisis.

Sus principales aplicaciones se basan en su utilidad en síntesis química, investigación médica, procesado de alimentos así como en una gran variedad de áreas.

La utilidad del intercambio iónico reside en la capacidad de usar repetidas veces losmateriales de cambio iónico. Por ejemplo, en ablandamiento de aguas.

2 RNa+ (s) + Ca2+ (ac) ←→ R2Ca2+ (s) + 2 Na+ (ac)

El intercambiador R en la forma sódica es capaz de cambiar el Na+ por Ca2+ y así eliminar el Ca2+ del agua dura y reemplazarlo por la cantidad equivalente de Na+. Posteriormente, la resina cargada de calcio puede tratarse con solución de cloruro de sodio, regenerando laresina de nuevo a la forma sódica y dejándola preparada para otro ciclo de operación. La reacción es reversible, pudiendo de esta forma ablandarse millones de litros de agua por metro cúbico de resina durante un periodo de muchos años.

Equilibrio Iónico

Las reacciones de intercambio iónico son reversibles. Lavando la resina con electrolito en exceso, la resina puede convertirse a la formadeseada de sal:

2 RB+ (s) + A+ (ac) ←→ RA+ (s) + B+ (ac)

RB+ y RA+ representan las formas de la resina de intercambio iónico cargadas de ion B+ y A+, respectivamente. La constante de equilibrio para este proceso viene dada por:

[pic]

donde [A+] y [B+] son las concentraciones molares de iones A+ y B+ en la disolución y [RA+] y [RB+] las de los A+ y B+ enlazados a la resina.Puesto que la disolución y el sólido permanecen eléctricamente neutros durante el proceso de intercambio, se puede escribir

[pic]

donde:
c0 = concentración inicial de A+ en la solución
c* = concentración de A+ en el equilibrio
q = concentración de A+ en el sólido, [RA+], en el equilibrio
q0 = concentración de A+ en el sólido si todo A+ reemplazase a B+, es decir, si la resinaestuviese cargada únicamente por A+.

2. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Los objetivos de la práctica son:

➢ Estudiar la operación “intercambio iónico” y especialmente la obtención de agua desionizada.

➢ Determinar el coeficiente global de transferencia de materia y la constante de equilibrio para dos resinas de intercambio, una aniónica y otra catiónica.

3. FUNDAMENTOS TEÓRICOSEn la siguiente figura se muestra un esquema de la columna de intercambio iónico de lecho fijo.

[pic]
FIGURA 1. ESQUEMA DEL MONTAJE EXPERIMENTAL

Si se suponen las siguientes condiciones de operación:

- Flujo pistón del fluido a través del lecho a una velocidad constante del fluido, u.

- Equilibrio instantáneo del soluto en el seno del fluido con el ion intercambiado. Esdecir, la concentración del soluto en la fase sólida es la correspondiente al equilibrio con la fase líquida.

- No hay dispersión axial.

- Condiciones isotermas.

y se asume además de las condiciones mencionadas, que el lecho inicialmente contiene soluto, y que la concentración de éste en el lecho no es constante, haciendo un balance de materia para el ion a través de una longitud...