WikiSysop: brisanje nepotrebnog teksta

2022-03-09T05:47:54Z

brisanje nepotrebnog teksta

←Starija inačica		Inačica od 05:47, 9. ožujka 2022.
Redak 1:		Redak 1:
	~~<!--'''Ionska izmjena'''-->~~[[Datoteka:Ionenaustauscher.jpg\|mini\|desno\|300px\|Ionski izmjenjivač.]]		[[Datoteka:Ionenaustauscher.jpg\|mini\|desno\|300px\|Ionski izmjenjivač.]]
	[[Datoteka:Ion exchange resin beads.jpg\|mini\|desno\|300px\|Ionska smola.]]		[[Datoteka:Ion exchange resin beads.jpg\|mini\|desno\|300px\|Ionska smola.]]
	[[Datoteka:Ion exchange column.jpg\|mini\|desno\|300px\|Ionski izmjenjivač koji se koristi za pročišćavanje [[bjelančevina]].]]		[[Datoteka:Ion exchange column.jpg\|mini\|desno\|300px\|Ionski izmjenjivač koji se koristi za pročišćavanje [[bjelančevina]].]]

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-10-05T03:36:41Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

[[Datoteka:Ionenaustauscher.jpg|mini|desno|300px|Ionski izmjenjivač.]]
[[Datoteka:Ion exchange resin beads.jpg|mini|desno|300px|Ionska smola.]]
[[Datoteka:Ion exchange column.jpg|mini|desno|300px|Ionski izmjenjivač koji se koristi za pročišćavanje [[bjelančevina]].]]
[[Datoteka:Orange resin.JPG|mini|desno|300px|[[Ionska smola]] se nabavlja u obliku zrnaca [[promjer]]a od 0,1 do 1 [[metar|mm]].]]

'''Ionska izmjena''' je postupak koji uključuje upotrebu ionskih izmjenjivača koji mogu vezati [[ion]]e iz [[otopina|otopine]], a otpuštati jednaku (ekvivalentnu) količinu vlastitih iona. Ionski izmjenjivači su uglavnom [[polimer|visokopolimerni]] [[Kemijski spojevi|spojevi]] (postoje i [[minerali|mineralni]]) koji imaju svojstvo da vežu ione iz otopine, a pri tome oslobađaju jednaku količinu [[Električni naboj|istoimeno nabijenih]] iona. Ion [[Ionska smola|ionske smole]] sadrži različite kopolimere čvrsto vezane u trodimenzionalanu strukturu na koju su pričvršćene ionske skupine. Ovisno o strukturi imamo [[kation]]ske i [[anion]]ske izmjenjivače. Upotrebljavaju se za [[Pročišćavanje vode|prečišćavanje]] različitih otopina, [[lijek]]ova, [[Omekšavanje vode |omekšavanje]] ili demineraliziranje vode i drugo. <ref> "Uvod u kemijsku analizu", Svjetlana Luterotti, www.pharma.unizg.hr, 2012.</ref>

Ionska izmjena je postupak pri kojem se koristi sposobnost određenih tvari da ione iz vlastite molekule zamijene za ione iz kapljevine. Ionski izmjenjivači su netopive visokomolekularne tvari (ionske smole), s pozitivnim ili negativnim nabojem, koje ione izmjenjuju bez vidljivih fizičkih promjena. Prema kemijskom sastavu ionski izmjenjivači mogu biti anorganski ili organski, te prirodni ili sintetski. S obzirom na ulogu dijele se na kationske ili anionske ionske izmjenjivače. Vanjski oblik ionske smole je različit, pa mogu biti u obliku cijevi, kuglica, vlakana ili membrane. Različiti zahtjevi [[Pročišćavanje vode|pročišćavanja otpadne vode]] primjenom ionske izmjene pri uklanjanju neželjenih iona iz vode mogu se postići primjenom samo jedne vrste ionske smole ili kombinacijom više njih.

Prirodni [[Anorganska kemija|anorganski]] alumosilikatni izmjenjivači su [[Glina (tlo)|gline]] (npr. montmorilonit) i zeoliti (npr. analcit, kabazit), a sintetski gel permutiti (za [[omekšanje vode]]). Prirodni [[Organska kemija|organski]] izmjenjivači su npr. [[ugljen]]i i [[celuloza]], koja je hidrofilne i porozne naravi, pa je izmjena iona brza. Ona može biti neobrađena ili obrađena uvođenjem izmjenjivačkih skupina. U modernoj laboratorijskoj praksi prirodni ionski izmjenjivači zamijenjeni su sintetskim produktima, ionskim smolama koje datiraju negdje od polovice 20. stoljeća. Važni su i sintetski gel izmjenjivači dobiveni iz poprečno vezanog [[Dekstrani|dekstrana]] (''Sephadex'') ili poliakrilamida (''Bio-Gel''). To su i molekularna sita. Svi navedeni ionsko-izmjenjivački materijali netopljivi su u vodi, ali mogu izmjenjivati vlastite pokretljive protuione s ionima iz okolnog medija, npr. iz [[more|morske vode]] koja sadrži oko 0,7 [[Mol (mjerna jedinica)|mol]]/[[Kubični metar|dm3]] [[elektrolit]]a.

== Vrste ionske izmjene ==
[[Minerali]] otopljeni u vodi sastoje se iz električki nabijenih čestica – [[ion]]a. Tako npr., [[kalcijev karbonat]] sastoji se od pozitivno nabijenoga iona ([[kation]]a) [[kalcij]]a i negativno nabijenoga iona ([[anion]]a) bikarbonata. Neki prirodni i sintetički [[materijal]]i imaju svojstvo uklanjanja iona minerala iz vode, te njihove zamjene s drugim ionima. Postoje dvije vrste tzv. ionskih masa koje se zbog svojega svojstva koriste u sustavima za obradu napojne vode: kationske i anionske. <ref> "Separacijske tehnike", www.kemija.unios.hr, 2012.</ref>

=== Kationske mase za ionske izmjenjivače ===
Kationske mase za ionske izmjenjivače reagiraju samo s [[kation]]ima [[kalcij]]a (Ca+2) i [[magnezij]]a (Mg+2). Iako ima više tipova kationskih masa, one najčešće rade u tzv. ciklusu s vodikom. To znači da se nakon zasićenja njihova regeneracija, odnosno obrnuti proces od odvajanja kationa iz vode, vrši pomoću [[Klorovodična kiselina|klorovodične]] (HCl) ili [[Sumporna kiselina|sumporne]] (H2SO4) [[kiseline]].

=== Anionske mase za ionske izmjenjivače ===
Anionske mase reagiraju samo s anionima bikarbonata (HCO3-) i anionima [[Sulfati|sulfata]] (SO4-2). Pored što na sebe vežu, te iz vode uklanjaju anione kiselina, tzv. jako [[Baza (kemija)|bazične]] anionske mase imaju svojstvo da iz vode uklanjaju također [[ugljikov dioksid]] (CO2) i [[silicij]] (Si). Anionske mase rade u tzv. ciklusu s hidrooksidom pa se, nakon zasićenja, one regeneriraju u obrnutom procesu s [[natrij]]evom lužinom (NaOH) ili s amonijevim hidrooksidom (NH4OH).

Za vodu koja prolazi kroz kationski i anionski izmjenjivač kažemo da je prošla kroz proces '''demineralizacije''', a tako obrađena voda je demineralizira voda koja se sastoji samo od iona [[vodik]]a i iona hidrooksida; dakle od čiste vode.

== Povijest ==
Pronalazak ionske izmjene došao je kao i mnogi drugi pronalasci slučajno. 1850. [[Engleska|engleski]] inženjeri Way i Thompson objavili su rad o ionskoj izmjeni kod prirodnih zeolita ([[Silikati|alumosilikati]] hidrotermalnog porijekla). Početak rada bio je ispitivanje vezanja i odstranjivanja [[amonijak]]a kao [[Gnojivo|gnojiva]] u [[tlo|zemlji]]. Ispirući vodom zemlju natopljenu amonijevim sulfatom, tada jedinim umjetnim [[dušik|dušičnim]] gnojivom, utvrdili su da se je umjesto amonijevog sulfata pojavio [[kalcij]]ev sulfat. Tada je nenadano ustanovljeno, da se je amonijak vezao na zemlju, a pojavio kalcij iz zemlje. Daljnjim pokusima ispitan je afinitet vezanja [[kation]]a. Postoji određeni redoslijed izmjene po kojem se kationi izmjenjuju:
::[[natrij|N]] > [[Magnezij|Mg]] > [[Kalcij|Ca]] > [[Kalij|K]] > [[Natrij|Na]]
Tu izmjenu nazvali su ionskom izmjenom i protumačili je kao povratnu izmjenu iona između krute tvari i otopine. <ref> "Ionski izmjenjivači i njihova primjena u mljekarstvu", dipl. inž. Zvonimir Kovač, Tehnološki fakultet Zagreb, www.hrcak.srce.hr, 2012.</ref>

Nakon toga čitav niz [[znanstvenik]]a počeo je ispitivati ionsku izmjenu. Tek 1906. došlo je do pojave prvih sintetičkih zeolita nazvanih ''permutiti''. Međutim permutiti imaju neka loša svojstva kao npr. mala količinska sposobnost izmjene (kapacitet), osjetljivi su prema [[Ugljična kiselina|ugljičnoj kiselini]] i mehaničkim nečistoćama, otpuštali su djelomično kremičnu kiselinu itd.

Daljnje otkriće na polju ionske izmjene došlo je, kada se je pronašlo da [[ugljen]]i mogu biti ionski izmjenjivači. Ugljen sadrži huminske materije koje su kisele i imaju [[Karboksilne kiseline|karboksilne]] (—COOH) kisele i [[Fenoli|fenolne]] (—OH) grupe. Prirodni ugljeni imaju mali učinak (kapacitet), pa se je to svojstvo, važno za rad u pogonu, povećalo sulfuriranjem ugljena i uvođenjem jako kiselih sulfo grupa (—S03H) u strukturu ugljena. Taj proizvod pojavio se na tržištu 1930-tih godina pod raznim imenima kao: ''Zeonarb'', ''Dusarit'' itd. Svojstva sulfuriranog ugljena su povećani učinak, otpornost na [[kiseline]] i [[temperatura|temperaturu]], ne otpušta kremenu kiselinu i neosjetljivi su na ugljičnu kiselinu.

Ogromni korak u razvoju primjene ionskih izmjenjivača bio je pronalazak svojstva ionske izmjene kod smrvljene [[Gramofonska ploča|gramofonske ploče]]. Tadašnje gramofonske ploče bile su proizvod dobiven kondenzacijom fenola s [[formaldehid]]om. Tako su god. 1935. engleski naučenjaci Adams i Holmes patentirali postupak proizvodnje ionskih izmjenjivača na bazi kondenzacije fenola i formaldehida. Proizvod se pojavio uskoro na tržištu pod imenom ''Wolfatit''. Istraživanje se nastavilo, i sve bolji produkti dolaze na [[tržište]], naročito poslije [[Drugi svjetski rat|Drugog svjetskog rata]], s odličnim svojstvima.

Možemo reći da se danas služimo isključivo ionskim izmjenjivačima na bazi sintetskih masa. Sinteza izmjenjivača ide na dva načina:
* kondenzati koji se dobivaju iz fenola i formaldehida. Kondenzacione mase su nepravilnog oblika [[promjer]]a 0,3 — 1,5 mm, imaju manji kapacitet izmjene, manju površinu, teže propuštaju vodu, manje su mehanički otporne;
* polimerizati na bazi stirena, akrila i slično, uz dodatak divinu [[benzen]]a. Polimerizirane mase su [[kugla|kuglastog]] oblika promjera 0,3 — 2 [[metar|mm]], imaju veliki učinak, veliku površinu, lako propuštaju vodu, otpornije su mehanički.

== Primjena ==
[[Voda]] koju smo dobili nakon jako kisele izmjene provođenjem kroz anionski izmjenjivač zove se demineralizirana ili deionizirana voda, jer ne sadrži nikakve [[ion]]e, a prisutnu ugljičnu kiselinu prije ulaza u anionski izmjenjivač otplinemo, da ne opterećujemo izmjenjivač. Nakon zasićenja anionski izmjenjivač se obično regenerira sa 2 — 4% [[Natrijev hidroksid|natrijevom lužinom]] pošto je aktivni anionski protuion hidroksilni ion. <ref> [http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/1.7._Kondicioniranje_vode%5B1%5D.pdf] "Kondicioniranje vode", www.grad.unizg.hr, 2012.</ref>

Demineralizirana voda se upotrebljava danas umjesto znatno skuplje i po kvaliteti lošije [[Destilirana voda|destilirane vode]]. [[Kemijska industrija]], industrija [[lijek]]ova, industrija jakih [[Alkoholno piće|alkoholnih pića]] ne mogu se zamisliti danas bez upotrebe demineralizirane vode. Nadalje služi takva voda kao [[napojna voda]] za pogon [[kotao|parnih kotlova]] najvišeg radnog [[tlak]]a. U kemijskom laboratoriju se upotrebljava kao analitički čista voda, a u [[prehrana|prehrambenoj]] industriji za pranje finog [[maslac]]a, ispiranje ambalaže i slično.

Osim u [[obrada vode|obradi vode]], ionski izmjenjivači služe danas u prehrambenoj industriji izravno u tehnološkom procesu. Kod prerade kiselog [[vino|vina]] i jako kiselih [[Voćni sok|voćnih sokova]] odstranjuje se suvišna [[kiseline|kiselina]] pomoću ionskih izmjenjivača. U industriji [[margarin]]a i [[ulja]] odstranjuju se tragovi teških metala ([[nikal]], [[željezo]], [[Bakar (element)|bakar]]).

U [[Mlijeko|mljekarskoj]] industriji imaju ionski izmjenjivači dosta široku primjenu. Mljekarska industrija troši velike količine razne tehnološke vode, pa se moramo za dobivanje kvalitetno odgovarajuće vode poslužiti ionskim izmjenjivačima. Ali osim te upotrebe ionski izmjenjivači služe u mljekarstvu i u druge svrhe. Kod dobivanja mlječnog praška odstranjuju se čak tragovi nepoželjnih teških metala (željezo, bakar) čija prisutnost u većim količinama u mlječnom prašku dovodi do nepoželjnih promjena, jer [[Katalizator|katalitički]] ubrzavaju [[Oksidacija|oksidacijske]] procese. Kod svježeg mlijeka koji ima suvišak kiseline, odstranjuje se taj suvišak s anionskim izmjenjivačima. Za odstranjivanje suvišne količine [[kalcij]]a iz mlijeka, za pripremu dječjeg mlijeka, kondenziranog mlijeka i slično, služimo se neutralnom ionskom izmjenom. <ref> "Voda u mljekarskoj industriji", dipl. inž doc. Veljko Korać, Tehnološki fakultet Zagreb, www.hrcak.srce.hr, 2012.</ref>

== Izvori ==
{{izvori}}

[[Kategorija:Voda]]

Ionska izmjena - Povijest promjena

WikiSysop: brisanje nepotrebnog teksta

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica