Intercambio Ionico

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trabajo unitarias 2

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Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la DefensaUniversidad Nacional Experimental PolitcnicaDe la Fuerza ArmadaNcleo Falcn Sede Coro

Intercambio Inico

Profesora: Bachiller CI: Ing. Flor Snchez. Abdalla Samir 24596124 Aguilera Deysi 21012694 Chirino Yender 24590187 Ochoa Valentina 2360205 IP7D-C

Santa Ana de Coro, Mayo 2015ndice

pg.Introduccin3Intercambio inico5Aplicaciones6Aplicaciones Industriales6Aplicaciones Farmacuticas7Cintica y equilibrio del intercambio8Estructuras de las resinas de intercambio inico12Propiedades de las resinas de intercambio inico12Conclusin 17Bibliografa18

Introduccin

El intercambio inico es una operacin de separacin basada en la transferencia de materia fluido-slido. Implica la transferencia de uno o ms iones de la fase fluida al slido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio slido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los slidos suelen ser de tipo polimrico, siendo los ms habituales los basados en resinas sintticas. Aunado a esto, se encuentra dos tipos de resinas bsicas, el intercambio de cationes estas resinas emiten ionesHidrgeno (H+) u otros iones como intercambio por cationes impuros presentes en el agua y el intercambio de aniones que despedir iones de hydroxil (OH) u otros iones de cargas negativas en intercambio por los iones impuros que estn presentes en el agua. Las resinas de intercambio inico son particularmente adecuadas para la eliminacin de estas impurezas por varias razones: las resinas poseen una alta capacidad para los iones que se encuentran en bajas concentraciones, las resinas son estables y se regeneran fcilmente, los efectos de la temperatura son en su mayora insignificantes, y el proceso es excelente tanto para grandes como pequeas instalaciones. A s mismo, La velocidad a la que se lleva a cabo el intercambio inico viene controlada por la difusin de los iones. Adems es utilizado para diversos fines entre los que se destacan: Ablandamiento, separacin de calcio y magnesio. Desmineralizacin Tratamiento de agua. Proces muy utilizado en las fbricas textiles.

El intercambio inico es utilizado ampliamente en la industrias de alimentos y bebidas, hidrometalrgica, acabado de metales, qumica y petroqumica, farmacutica, azcar y edulcorantes, agua subterrnea y potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energa, acabado textil. De igual manera, este posee propiedades elementales dentro de las que destacan, se encuentran la selectividad, cada de presin, densidad, estabilidad, entre otros. Por otra parte, esta tiene estructura de cadenas hidrocarbonadas (grupos inicos libres). La unin entre estas estructuras es transversalmente lo cual proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulacin o entrecruzamiento determina la estructura porosa interna de la misma (Ingeniera de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas). Para finalizar, el intercambio inico puede explicarse como una reaccin reversible implicando cantidades qumicamente equivalentes.

1. Intercambio inico:

El intercambio inico es una operacin unitaria que consiste en la sustitucin de uno o varios iones de una disolucin por otros que forman inicialmente parte de la estructura de un slido (resina de intercambio inico). Los poros de una resina contienen iones positivos y negativos formando una sal. En estado seco los iones mantienen su posicin media en la estructura, pero cuando se sumergen en un lquido polar, uno o varios iones quedan libres para desplazarse hacia el seno del lquido mientras otros iones de carga equivalente pasan del lquido al slido, de modo que la resina permanece elctricamente neutra. Cuando la resina contiene iones negativos fijos y slo puede intercambiar cationes se llama resina catinica; en caso contrario se llama resina aninica. La velocidad a la que se lleva a cabo el intercambio inico viene controlada por la difusin de los iones. Esta operacin se aplica sobre todo en procesos de acondicionamiento de agua a nivel industrial. El ablandamiento de agua es la eliminacin de los cationes divalentes Ca2+ y Mg2+ del agua, con lo que disminuye su dureza. Se realiza el intercambio en una columna catinica, donde se sustituyen los iones indicados por Na+ que no forma sales insolubles, y se evitan as las incrustaciones. Las resinas, con el paso de agua dura, se agotan y deben regenerarse con la operacin inversa, esto es, haciendo circular a su travs una disolucin concentrada de NaCl. La desmineralizacin o desionizacin del agua es la eliminacin (por intercambio) de los cationes y aniones que contenga. Ello se lleva a cabo normalmente con dos columnas consecutivas, una catinica y otra aninica. En la primera se sustituyen los cationes por H+ y en la segunda los aniones por OH-. El agua queda, en principio, neutra desde el punto de vista cido-base. Las resinas se regeneran, respectivamente con HCl y NaOH.

2. Aplicaciones:Aplicaciones industriales Ablandamiento de agua (Ca+2 o Mg+2 por Na+):

Se emplea una resina intercambiadora de cationes fuertemente cida en forma sodio. Los iones que constituyen la dureza de agua, principalmente el calcio y el magnesio, se intercambian con el sodio de la resina. El agua ablandada sirve para varios usos: Lavanderas. Calderas domsticas. Calderas industriales de baja presin. Industria textil.

Desmineralizacin parcial (ablandamiento y eliminacin de carbonatos):

En muchas regiones del mundo las aguas naturales contienen bicarbonatos. Los iones de calcio y de magnesio asociados con estos se pueden eliminar con resinas dbilmente cidas en forma hidrgeno. Este proceso se llama tambin eliminacin de la dureza temporal. El agua tratada contiene gas carbnico que se puede eliminar con una torre de desgasificacin. La salinidad del agua tratada es ms baja que la del agua bruta. Agua descarbonatada sirve: Para tratar el agua de produccin de cerveza y otras bebidas Para ablandar las aguas de abastecimiento en ciudades y pueblos En casa, para filtrar, ablandar y desmineralizar parcialmente el agua para hacer caf o t Como etapa inicial antes de una desmineralizacin completa

Desmineralizacin completa (sin o con eliminacin de silicatos):

Para eliminar todos los iones, el agua pasa primero a travs de una columna intercambiadora de cationes en forma hidrgeno, despus a travs de una columna intercambiadora de aniones en forma base libre o hidroxilo. Todos los cationes se cambian por iones H+ de las resinas catinicas, y los aniones por iones OHde las resinas aninica. Estos iones se recombinan formando nuevas molculas de agua (H2O). El agua tratada no contiene sino trazas de sodio y de slice

Tratamiento de aguas residuales radiactivas:

Este es un proceso tpico para ablandar o desionizar el agua, aunque es recomendable aplicarse despus de un tratamiento previo adaptado a cada calidad de agua bruta, y que consista, especialmente, en la eliminacin de las materias en suspensin, materias orgnicas, cloro residual, cloraminas.

Separacin del NH4+del agua.

Aplicaciones farmacuticas: Las resinas de intercambio inico se utilizan en la separacin de alcaloides en solucin o contenido en extractos vegetales.

Con intercambiadores catinicos o con anicnicos.

A si mismo se han separado aminocidos, protenas, enzimas, hormonas, vitaminas, antibiticos. Como la penicilina, se separa con intercambiadores, esta se fija sobre resinas carboxlicos y es eludida con cidos minerales.

Desintegrantes en la elaboracin de comprimidos.

Prolongar el efecto de algunos frmacos.

3. Cintica y equilibrio del intercambio :

Una reaccin de intercambio inico es aquella en la cual un tomo o una molcula que han ganado o perdido un electrn, y que por lo tanto adquiere una carga positiva o negativa, se intercambia por otra partcula de igual signo pero de naturaleza diferente. Esta ltima partcula inicialmente est ligada a la superficie de un cuerpo slido inerte y pasa a solucin y su lugar es ocupado por otra partcula que queda retenida (temporalmente) en la superficie del polmero o soporte. Este soporte slido puede ser una zeolita natural o un polmero sinttico, aunque en la actualidad por su mayor capacidad de intercambio y menor costo, casi siempre se emplea una resina sinttica. Una reaccin de intercambio en una resina puede ser representada de la siguiente manera:R es la fase o soporte (el copolmero de divinilbenceno) y Na+ y Ca+2 son las especies que reaccionan.

Figura 1. Resina de intercambio inico en ciclo sodio, en proceso de suavizacin del agua y durante el paso de regeneracin de la capacidad de intercambio de la resina.

En esta reaccin qumica, el calcio Ca+2 se intercambia por su equivalente que son dos iones sodio Na+. Qumicamente esta reaccin es de intercambio o desplazamiento y el grado o extensin en que se lleva a efecto tal reaccin depende de factores tales como: temperatura, pH, concentracin de la especie en solucin y naturaleza del in. Para la reaccin anterior, la constante de equilibrio sera:

Para una temperatura determinada K, la constante de equilibrio, tiene un valor fijo que depende de la naturaleza del in que es desplazado y del que se adhiere a la superf