خصائص التبادل الأيوني: المواقع والسعة وتكافؤ الشحنة

الخلاصة السريعة

التبادل الأيوني استبدال عكوس بين أيونات في محلول وأيونات قابلة للتبادل في مادة صلبة. ومن خصائص الراتنج السعة والانتقائية والانتفاخ؛ السعة التشغيلية ترتبط بظروف الاستخدام، وليست عدد المواقع الكلي وحده. ^[1]

• المبادل الكاتيوني يربط الموجب بمواقع سالبة؛ الأنيوني يربط السالب بمواقع موجبة. ^[4]
• Ca²⁺ واحد يقابل Na⁺ اثنين؛ الذي يتوازن هو الشحنة، لا عدد الأيونات. ^[3]
• أربعة مواقع أحادية في المثال توازن أربعة Na⁺ أو اثنين Ca²⁺.
• السعة التشغيلية مشروطة بالراتنج والمحلول، فلا تعني إزالة جميع المكونات. ^[2]
• الانتقائية تفضيل لأيون؛ الانتفاخ إماهة ضمن حدود الشبكة. ^[1]

الموقع ثابت والأيون يتغير

يبقى هيكل الراتنج الصلب في أثناء التبادل، وتتحرك الأيونات القابلة للاستبدال. ^[1] في النموذج الكاتيوني المعروض، تقابل المواقع السالبة أيونات موجبة؛ الاسم يشير إلى الأيون المتبادل، لا إلى إشارة الموقع. ^[4]

أما المبادل الأنيوني فيرتبط بأيونات سالبة على مواقع موجبة. ^[4] لذلك يختلف وصفه عن الكاتيوني، حتى عندما تتشابه هيئة الحبيبات في رسم مبسط.

أيونا صوديوم مقابل أيون كالسيوم

في تبادل الكالسيوم والصوديوم، يحمل Ca²⁺ شحنتين موجبتين، ويحمل Na⁺ شحنة واحدة؛ يقابل أيون كالسيوم أيوني صوديوم. ^[3] لا تعني موازنة الشحنة تساوي عدد الأيونات.

نفترض في الرسم أربعة مواقع أحادية الشحنة. توازنها أربعة أيونات Na⁺ أو أيونا Ca²⁺: 4×1 = 2×2. هذا عد تعليمي للشحنة، وليس سعة منتج أو ترتيبًا مقاسًا داخل حبيبة.

ما الذي تقوله السعة والانتقائية؟

السعة الكلية تصف المواقع المتاحة، والتشغيلية الأداء ضمن ظروف محددة. والانتقائية تصف تفضيل الراتنج لأيون، بينما الانتفاخ مرتبط بإماهة المجموعات الأيونية وحدود الشبكة البوليمرية. ^[1]

تختلف السعة باختلاف الراتنج والمحلول الداخل، وقد تتنافس الأيونات على المواقع. ^[2] لهذا لا تكفي عبارة «راتنج تبادل» للحكم بإزالة كل مكونات الماء، ولا يجوز نقل رسم المواقع الأربعة إلى أداء جهاز فعلي.

للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: الطرق الكيميائية لمعالجة المياه: لكل مرحلة وظيفة.