محتويات
خصائص التبادل الأيوني
تسمى التفاعلات الكيميائية الناتجة عن تفاعل المواد غير القابلة للذوبان بشحنتها السالبة أو الموجبة مع المحاليل الأيونية (أيونات موجبة أو سالبة ذائبة في الماء)، مما يؤدي لاستبدال أيوناتها بأيونات أخرى بتفاعلات التبادل الأيوني (بالإنجليزية: Ion Exchange)، ويساعد هذا النوع بفصل الأيونات عن المحاليل أو عن بعضها البعض.[١]
ويستخدم نوع خاص من البوليمرات تمتلك قوة أيونية كبيرة في تطبيقات التبادل الأيوني تتميز بالعديد من الخصائص منها:[٢]
- تتواجد البوليمرات بأحجام مختلفة على شكل طبقات متعددة كروية الشكل.
- البوليمرات قادرة على سحب كميات كبيرة من الماء خلال التفاعل مما يؤدي لانتفاخها وانكماشها باستمرار.
- يعتمد الاستقرار المادي للبوليمرات على صلابة المادة المكونة لها، وتكرار عملية التمدد والانكماش، إذ يسبب ذلك تحلل البوليمر كيميائيًا بالإضافة لتأثر المبادلات بالترسبات المتكونة في المحلول مما يؤدي لفقدان قدرتها على أداء وظيفتها.
- تختلف سعة البوليمرات في التفاعلات الكيميائية أي قدرتها على الامتصاص، ويمكن قياسها بحسب وزنها الجاف، وزنها الرطب، حجمها الرطب.
- تتواجد البوليمرات بنوعين مسامي وهلامي وتصنف حسب نوع الشحنة إلى مبادلات موجبة (Cations)، أو مبادلات سالبة (Anions).[٣]
- تتكون البوليمرات المستخدمة في عمليات الفصل من مركبات عضوية أو غير عضوية.
- تعمل البوليمرات كوسيط في التفاعل، لذا تصنع من مواد غير قابلة للذوبان في المحاليل الكيميائية، وتساعد في حجز الأيونات والسماح لأنواع محددة بالخروج.
- بعض أنواع البوليمرات قادرة على تبادل الشحنة السالبة والموجبة في وقت واحد.
- تصنع بوليمرات التبادل الأيوني من وحدات أحادية أو ثنائية تتشابك على شكل مصفوفات ضمن عملية تسمى بالبلمرة، وأشهر أنواعها البوليسترين، وتتواجد بأشكال متنوعة أكثر استقرارًا.[٣]
تطبيقات التبادل الأيوني
تعتبر معالجة المياه وتنقيتها إحدى أكثر التطبيقات شيوعًا لاستعمال تفاعل التبادل الأيوني، وهو تفاعل كيميائي لإزالة العناصر المذابة غير المرغوب بها من الماء كالمعادن السامة والنترات والكبريت والمركبات القاعدية واستبدالها بأيونات أخرى تمتلك شحنة مماثلة.[٤]
ويقصد بالأيونات الذرات أو الجزيئات المشحونة، وتساهم هذه العملية في معالجة مياه الصرف الصحي والمياه الملوثة.[٤]
إزالة الأيونات الملوثة للمياه
يتم إزالة الأيونات المشحونة غير المرغوب بها عند معالجة المياه بحدوث تبادل بين البوليمرات الصلبة والمواد الذائبة في الماء، فتستبدل الجزيئات المرغوبة الموجودة في البوليمر (الصوديوم عادةً) مع الملوثات موجبة الشحنة لإزالتها من الماء.[٤]
أما في عملية التبادل لإزالة الملوثات سالبة الشحنة فيستبدل الفلورايد أو النترات بأيون الكلور الذي يساعد في تعقيم المياه، وتعتبر هذه الطريقة مناسبة لإزالة الأيونات منخفضة التركيز مثل أيون البورون من مياه الآبار.[٤]
تنقية المعادن
تستعمل المبادلات الأيونية في عملية تنقية المعادن مثل البلوتونيوم واليورانيوم، كما تساهم تفاعلات التبادل الأيوني في معالجة الوقود النووي والنفايات المشعة، ومن تطبيقاتها الشائعة كذلك تنقية المضادات الحيوية طبيعية المصدر للتخلص من طعمها ورائحتها غير المرغوب بها عند صناعة الأدوية.[٥]
صناعة الأغذية
تستخدم البوليمرات في صناعة الأغذية والمشروبات من المصادر الطبيعية لتحسين مذاقها والتخلص من المركبات غير المرغوب بها، وذلك بمعالجة المياه المستخدمة في التصنيع بإزالة المعادن قليلة التركيز.[٥]
المراجع
- ↑ Harold F. Walton, "ion-exchange reaction", Britannica, Retrieved 8/2/2022. Edited.
- ↑ Dr. Dmitri Kopeliovich, "Ion exchange resins", SubsTech, Retrieved 8/2/2022. Edited.
- ^ أ ب "راتنج التبادل الأيوني(راتنج التبادل الأيوني)"، ميمر موسوعة اللغة العربية، اطّلع عليه بتاريخ 8/2/2022. بتصرّف.
- ^ أ ب ت ث FLUENCE NEWS TEAM (16/2/2021), "What Is Ion Exchange?", Fluence, Retrieved 8/2/2022. Edited.
- ^ أ ب Dr. Deepak (9/3/2016), "Common Applications of Ion Exchange Resins", lab-training.com, Retrieved 8/2/2022. Edited.
