Intercambio IONICO


INTRODUCCIÓN

La adsorción es el proceso por el cual un átomo o una molécula de sustancia se adhiere en la superficie de un sólido o en la interfase entre dos fluidos y el intercambio iónico es el reemplazo de iones adsorbidos en el sustrato por otros iones. Es el caso por ejemplo de adsorción de amonios cuaternarios en sustitución de iones hidrógeno en el proceso de protección contra lacorrosión.
La adsorción y el intercambio iónico son procesos de separación sólido-líquido con características muy particulares que los diferencian entre sí. Sin embargo, las técnicas utilizadas en ingeniería química para la adsorción y el intercambio iónico son tan parecidas que se estudian simultáneamente.
Las operaciones de adsorci6n explotan la capacidad especial de ciertos sólidos para hacerque sustancias específicas de una solución se concentren en la superficie de la misma. De esta forma, pueden separarse unos de otros los componentes de soluciones gaseosas o líquidas, donde los componentes son mantenidos reversiblemente o irreversiblemente. La sustancia en cuya superficie se produce la adsorción se llama adsorbente, y la sustancia extraída de la mezcla gaseosa o líquida se llamaadsorbato.
Las operaciones de adsorción dependen de su reversibilidad para recuperar el adsorbente y de la recuperación de la sustancia adsorbida, pues el objetivo es la separación de la mezcla, por lo tanto, si la adsorción se va a utilizar como un proceso de separación, necesariamente estamos hablando de adsorción física, para que el proceso sea reversible. La adsorción física, o adsorción de Vander Waals resulta de las fuerzas secundarias de atracción (dipolo-dipolo y dipolos inducidos) entre las moléculas del sólido y la sustancia adsorbida, y es similar en naturaleza a la condensación de moléculas de vapor en un líquido de la misma composición.
En el intercambio de iones, el sólido elimina ciertos iones, pero como se debe conservar su electroneutralidad, libera iones de reemplazo ala solución. Este proceso ocurre sin que existan cambios estructurales en el sólido. Si los sólidos intercambian iones positivos (cationes) se denominan intercambiadores catiónicos e intercambiadores aniónicos si intercambian iones negativos (aniones).
Tanto para la adsorción como para intercambio de iones se utilizan en lechos fijos, columnas a contracorrientes intermitentes (aunque se les llamacontinuas) y unidades de lechada para llevar a cabo estas operaciones.

















INTERCAMBIO IÓNICO

1. ¿Qué es el Intercambio Iónico?
Las operaciones de intercambio iónico son reacciones químicas de sustitución entre un electrolito en solución y un electrolito insoluble (intercambiador de iones, sólido) con el cual se pone en contacto la solución. El intercambiadorde iones, debe tener una estructura de malla abierta, ya sea orgánica o inorgánica, que retenga iones sobre sí y que permita el paso a su vez de otros iones. El mecanismo de estas reacciones y las técnicas utilizadas para lograrlas son tan parecidos a los de adsorción que, para la mayoría de los fines de Ingeniería, el intercambio iónico puede considerarse simplemente como un caso especial de laadsorción. [1-3].

En el intercambio de iones, el sólido elimina ciertos iones, pero como se debe conservar su electroneutralidad, libera iones de reemplazo a la solución. Los primeros materiales empleados para intercambio de iones fueron unas arenas porosas naturales llamadas zeolitas, que intercambian cationes. Los iones con carga positiva en solución, como el Ca2+, se difunden por los porosdel sólido y se intercambian con los iones Na+ del mineral.

Ca2+ + Na2R CaR + 2Na+
(solución) (sólido) (sólido) (solución)

donde R representa al sólido. Ésta es la base del “ablandamiento” del agua. Para regenerar la zeolita se agrega una solución de NaCl que impulsa la reacción reversible anterior a la izquierda. Casi todos esos sólidos inorgánicos de intercambio de iones intercambian...