Iónová výmena
Iónová výmena sa používa často na zmäkčenie tvrdej vody. Voda prechádza cez iónomenič, čo sú zrnité organické látky, ktoré sú nerozpustné vo vode. Keď tvrdá voda prechádza vrstvou iónomeniče, dochádza k výmene katiónov Ca2 + a Mg2 +, ktoré sú obsiahnuté v tvrdej vode, za sodík či vodík pomocou výmeny iónov.
Pri zmäkčenie vody sa používajú zmäkčovacie filtre, ktoré tiež pracujú na princípe výmeny iónov. Tieto filtre sa nazývajú katexovej filtre. Filter, ktorý je naplnený katexom, čo je zmäkčovacie živice, je vložený do rozvodu a pri priechode vody cez neho dochádza k iónovej výmene.
Prečo dochádza k iónovej výmene?
V každej vode nájdeme najrôznejšie rozpustené soli (ióny), ktoré prináša výhody aj nevýhody. Najobvyklejšie problém, ktorý všetci poznáme, je usadzovanie rozpustených solí na spotrebičoch, sanite a v potrubí. Áno reč je o vodnom kameni, ktorého základnou zložkou je uhličitan vápenatý (CaCO3).
Voda ale obsahuje veľa ďalších najrôznejších iónov od spomínaného vápnika po železo a ďalšie prvky, ktoré tiež môžu pôsobiť problém a je možné ich vďaka iónovej výmene odobrať.
Iónová výmena
Čo všetko teda vo vode nájdeme?
Vo vode nájdeme niekoľko základných skupín látok. Okrem nerozpustených častíc, ktoré možno bežne odstrániť filtráciou, ide predovšetkým o látky rozpustené. Soli sú vo vode rozpustené iónovo, čo znamená, že sú rozložené na dve zložky: anióny a katióny. Ióny sú elektricky nabité častice, ktoré majú kladný (katión) alebo záporný (anión) náboj. Pevná soľ či voda, ako molekula (H2O), sú elektricky neutrálne. Platí, že celkový náboj aniónov zodpovedá celkovému nábojmi katiónov (náboj iónov, kladný aj záporný, je typicky 1 až 3).
Pre malý príklad: V jednom litri vody bude prítomné 20 iónov vápnika (Ca2 +). Aby mohla byť voda elektricky neutrálna, musí sa niekde objaviť tiež záporné ióny, treba chlóru (Cl-). Tých ale bude vo vode prítomných 40, pretože majú polovičnú náboj oproti vápnika. Ak by vo vode bolo 20 iónov trojmocného železa (Fe3 +), potom bude na vyrovnanie náboja potreba 60 iónov chlóru (Cl-).
Obsah iónov (rozpustených solí) vo vode sa líši podľa jej pôvodu. Najmenej ich má voda dažďová. Ako voda ďalej putuje prírodou, rozpúšťa sa v nej stále viac látok (až nakoniec dotečie do mora, kde sa tieto látky kumulujú). Najviac solí sa do vody dostane priechodom podzemnými ložiskami minerálov a činnosťou človeka. Okrem prirodzene obsiahnutých iónov sa do vody dostávajú teda aj ióny vodárenských prípravkov (hlavne chlór), ďalšie ióny sa do nej potom rozpustí napríklad v potrubí (železo). Podzemná voda je prirodzene tvrdá, čo nie je vhodné pre mnoho spotrebičov (bojlery, práčky, varné kanvice, umývačky) a od určitých hodnôt to nie je vhodné ani pre dlhodobé pitie.
Čo sa týka solí vo vode, nebojte sa, že by snáď voda mala byť slaná! Soľ je všeobecné chemické označenie pre látky, ktoré sa skladajú z páru katión + anión a kuchynská soľ (NaCl – chlorid sodný) je len jednou z mnohých. Majú rôznu rozpustnosť vo vode, čo na jednu stranu spôsobuje problémy, ale na druhú sa toho dá využiť pri úprave vody. Ak budete vodu variť, kým sa kompletne nevyparí, hrniec vám nezostane čistý. To, čo zostane v hrnci, sú práve ony soli, ktoré sa vo vode vyskytujú (u bežnej vody je to menej ako jeden gram solí v litri vody). To isté sa potom deje, keď kvapky vody priľne na pohároch či na zástene sprchovacieho kúta. Voda sa vyparí a zostanú škvrnky soľou. Hlavnými katióny bežné vody sú vápnik, horčík, sodík a draslík. Hlavnými anióny sú uhličitany, sírany, chloridy a dusičnany. Menej časté a početné, ale z hľadiska úpravy vody dôležité, sú potom železo, mangán a amoniak. Ďalej sú vo vode v stopovom množstve obsiahnuté v podstate všetky známe prvky v širokej škále zlúčenín, ale ich koncentrácie sú obvykle tak nízke, že nemajú žiadny vplyv na zdravie.
Záverom
Iónová výmena je veľmi dôležitým technologickým postupom ako v domácnostiach, tak v priemyselnom meradle. Niektoré odvetvia sú dokonca na iónové výmene závislá. Vďaka nej sme schopní z vody odstraňovať aj niektoré jedy a ďalšie zdraviu škodlivé látky.