Ionenaustauscherharz

Ionenaustauscherharz, eine beliebige Vielzahl von organischen Verbindungen, die synthetisch polymerisiert sind und positiv oder negativ geladene Stellen enthalten, die ein Ion entgegengesetzter Ladung aus einer umgebenden Lösung anziehen können. Die Harze bestehen üblicherweise aus einem Styrol-Divinylbenzol–Copolymer (hochmolekulare Substanz), obwohl auch andere Zusammensetzungen, wie Methacrylsäure-Divinylbenzol- und Phenol-Formaldehyd-Polymere, verwendet werden. Die elektrisch geladenen Gruppen sind üblicherweise Sulfonsäure- oder Carbonsäuresalze oder quartäre Ammoniumsalze. Polymere, die Säuregruppen enthalten, werden als Säure- oder Kationenaustauscher klassifiziert, weil sie positiv geladene Ionen wie Wasserstoffionen und Metallionen austauschen; Solche, die Ammoniumgruppen enthalten, gelten als basische oder Anionenaustauscher, weil sie negativ geladene Ionen, üblicherweise Hydroxidionen oder Halogenidionen, austauschen.

ionen-austausch harz
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Ionen-austausch harz perlen.

Adam Smith

Abbildung 1: Chemische Struktur des Kationenaustauschers. Die austauschbaren Ionen sind mit + gekennzeichnet. Die gesamte Struktur ist von Lösungsmittelmolekülen durchdrungen, normalerweise Wasser (nicht gezeigt).
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Ionenaustauscherharze sind leichte und poröse Feststoffe, die üblicherweise in Form von Granulaten, Perlen oder Platten hergestellt werden. Beim Eintauchen in Lösung absorbieren die Harze die Lösung und quellen; Der Quellgrad ist abhängig von der Polymerstruktur und der Gesamtionenkonzentration der Lösung.Harze mit geeigneten chemischen Zusammensetzungen und physikalischen Eigenschaften können nach Belieben für spezifische Ionenaustauscheranwendungen synthetisiert werden; Sie bilden somit den Großteil der synthetischen Ionenaustauschermaterialien, die im Labor und in der Industrie verwendet werden. In industriellen und häuslichen Anwendungen werden Ionenaustauscherharze zur Entfernung von Calcium-, Magnesium-, Eisen- und Mangansalzen aus Wasser (Wasserenthärtung), zur Reinigung von Zucker und zur Konzentration wertvoller Elemente wie Gold, Silber und Uran aus Mineralerzen verwendet. In der chemischen Analyse werden Ionenaustauscherharze zur Trennung oder Konzentration ionischer Substanzen verwendet, und in der chemischen Synthese wurden einige Ionenaustauscherharze als wirksame Katalysatoren verwendet, insbesondere bei Veresterungs- und Hydrolysereaktionen.

Zwei verschiedene Arten von Harzen werden üblicherweise als Ionenaustauscherharze klassifiziert, obwohl ihre Funktionen keinen Ionenaustausch beinhalten. Dies sind die Chelatharze und die Elektronenaustauscherharze. Chelatharze sind Styrol-Divinylbenzolpolymerisate, in die Iminodiacetatgruppen eingeführt sind. Diese funktionelle Gruppe bildet Komplexe mit allen metallischen Elementen außer den Alkalimetallen mit Stabilitäten, die mit den verschiedenen Metallen variieren; In der analytischen Chemie werden sie zur Trennung von Spurenmengen von Metallen verwendet. Elektronenaustauscherharze akzeptieren oder spenden Elektronen an die umgebende Lösung und werden in Oxidations-Reduktions-Reaktionen verwendet; Beispiele umfassen Polymere, die aus Hydrochinon, Phenol und Formaldehyd hergestellt werden.

Holen Sie sich ein Britannica Premium-Abonnement und erhalten Sie Zugang zu exklusiven Inhalten. Eine Gruppe von Mineralien, die ionenaustauschende Eigenschaften haben, sind die Zeolithe (q.v.).

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