LABORATORIO #9 RESINAS IONICAS I. OBJETIVO OBJETIVOS: S:
II.
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Eliminar la dureza del agua agua mediante el uso uso de una resina cationica.
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Demostrar experimentalmente experimentalmente la regeneración regeneración de una una resina cationica.
FUNDAMENTO TEORICO:
1. INTE INTERC RCAM AMBI BIO O IÓNI IÓNICO CO:: El intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia transferencia de materia fluido-sólido. Implica la transferencia de uno o más iones de la fase fluida al sólido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostáticas electrostáticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio sólido-fluido y de la elocidad de transferencia de materia. Los sólidos suelen ser de tipo polim!rico, siendo los más "abituales los basados en resinas sint!ticas.
2. RESI RESINA NA DE INTE INTERC RCAM AMBI BIO O IÓNIC IÓNICO: O:
#na resina de intercambio iónico puede considerarse como una estructura de cadenas "idrocarbonadas a las que se encuentran unidos de forma r$gida grupos iónicos libres. Estas cadenas se encuentran unidas transersalmente formando una matriz tridimensional que proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulación o entrecruzamiento determina la estructura porosa interna de la misma. %omo los iones deben difundirse en el interior de la resina para que ocurra el intercambio, la selección del grado de reticulación puede limitar la moilidad de los iones participantes. Las cargas de los grupos iónicos inmóiles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraon!", que están libres y que son los que se intercambian realmente con los del electrolito disuelto. %uando dic"os iones son cationes, los cambiadores iónicos se denominan catnco" y cuando son aniones se denominan annco". El intercambio iónico puede explicarse como una reacción reersible implicando cantidades qu$micamente equialentes. #n e&emplo com'n del intercambio catiónico es la reacción para el ablandamiento del agua( %a)) ) *+a %a ) *+a) donde representa un lugar estacionario aniónico unialente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador.
A"$!cto $tco %! &a r!"na:
A"$!cto $tco %! 'na r!"na '"a%a e mlra una muestra de resina ba&o el microscopio. Este ensayo es el primero que se "ace con resinas usadas( si la resina es toda rota el cliente tendrá que cambiarla, as$ que tests adicionales no se &ustifican. El aspecto óptico de una resina nuea, es decir la proporción de bolas agrietadas y de fragmentos, es un análisis importante del control de calidad en producción. En el m!todo de control se emplean los conceptos de bolas perfectas y de bolas enteras. Las perfectas no son rotas ni agrietadas. Las bolas enteras son esf!ricas / es decir no rotas / pero pueden ser agrietadas. %on resinas usadas, el aspecto óptico proporciona informaciones 'tiles sobre problemas potenciales de funcionamiento. 0or e&emplo, una muestra recibida de un cliente tiene las caracter$sticas siguientes( 1olas perfectas 1olas enteras
23 4 56 4
T$o" %! r!"na" %! nt!rca()o nco: Las resinas de intercambio iónico están destinadas a arios usos, descalcificación, desnitratación, desionización, desnitratación. Dependiendo de la aplicación a la que se destinen existen diferentes tipos.
Detalle de las esferas de resina de intercambio iónico. El tama7o real de las esferas es superior a 8.* mm para que no puedan pasar a tra!s de las crepinas del desmineralizador, y generalmente inferior a 9mm.
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R!"na" catnca" %! *c%o +'!rt!:
Intercambian iones positios :cationes;.
R!"na" catnca" %! *c%o %,)&:
>ienen menor capacidad de intercambio. +o son funcionales a p= ba&os. Eleado "inc"amiento y contracción lo que "ace aumentar las perdidas de carga o proocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior. e trata de una resina muy eficiente, requiere menos ácido para su regeneración, aunque traba&an a flu&os menores que las de ácido fuerte. Es "abitual regenerarlas con el ácido de desec"o procedente de las de ácido fuerte.
En la parte superior de la imagen se muestra resina catiónica, en la parte inferior aniónica.
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R!"na" annca" %! )a"! +'!rt!:
Intercambian iones negatios :aniones;. Es la destinada a aplicaciones de suaizado de agua, como segunda columna de desionización en los desmineralizadores o para lec"os mixtos. Elimina los aniones del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente sosa :"idróxidosódico - +a?=;.
esina monoesfera. e aprecia como el tama7o de las esferas es similar.
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esina no monoesf!rica. El tama7o de las esferas es irregular.
R!"na" annca" %! )a"! %,)&:
e trata de una resina muy eficiente, requiere menos sosa para su regeneración. +o se puede utilizar a p= altos. pueden sufrir problemas de oxidación o ensuciamiento.
En la imagen se muestran tres tipos de resina( @ la izquierda resina catiónica, a la derec"a resina para lec"o mixto y en la parte inferior resina aniónica. e puede obserar como en la resina de lec"o mixto existen diferentes tama7os y colores. Las resinas aniónica y catiónica son monoesfera y de color uniforme.
NOTA: El color de cada una de las resinas que se muestran en las imágenes de esta página Aeb no depende del tipo de resina. En función de cada fabricante o distribuidor, los colores pueden cambiar. %onsulte a su endedor o suministrador de resina de intercambio iónico.
III. MATERIALES - REACTIVOS: •
%olumna cationica
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@gua dura
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0era
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@gua destilada
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oporte
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?xalato de amonio
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0inzas
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olucion de +a%l al 34
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Baso precipitado
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olucion de nitrato de plata
•
esina cationica
•
olucion de %u?6
•
=%l
ROCEDIMIENTO E/ERIMENTAL @blandamiento del agua por intercambio ionico En un tubo de ensayo erter Cml. De agua cuya dureza se desea eliminar , agregar unas gotas de solucion saturada de oxalato de amonio. ?bserar e interpretar los resultados .@rmar una columna de intercambio cationico colocando una resina en un tubo de ensayo . En una pera colocar 98ml. De agua dura a ablandar y de&ar caer sobre la resina, recibir en un tubo de ensayo los ultimos Cml. De agua blanda. +o de&ar en ningun caso que el niel del agua descienda por deba&o del borde superior de la resina. @l tubo de ensayo con agua blanda a7adir unas gotas de oxalato de amonio ,obserar e interpretar los resultados ,para regenerar las resinas erter en la columna de intercambio ionico 98ml. De sol de +a%l al 3 4 ecibir los ultimos Cml. De la solucion que sale de la columna en un tubo de ensayo. @7adir oxalato de amonio, interpretar datos 0ara laar la resina erter en la columna porciones de 98ml. De agua destilada "asta que quede libre de cloros , recibir en un tubo de ensayo las ultimas porciones de agua de laado.
R!"na catonca $ara 'na "o&'con %! C'SO0
obre la resina laada erter de la pera una solucion de %u?6 8.*
ecibir la solucion limpia en un aso de precipitados libre de %u *)
Boler a pesar la solucion por la resina "asta que quede completamente limpia
?bserar la coloración de la columna
0reparar una solucion reba&ada de =%l 2
%olocar en la pera al acido y de&ar caer en la resina
ecibir en un aso la solucion
%ambiar el aso de precipitados para recibir la ultima parte de la solucion
?bserar el color e interpretar.
IV. CONCLUSIONES:
V. CUESTIONARIO: 1.D!"cr)a !& $roc!"o %! nt!rca()o onco $ara &a" !$!r!nca" . +or('&! &a" r!accon!" %! nt!rca()o %! on!" .
2. E$&'! !& +'ncona(!nto %! 'na r!"na anonca %uando "ay un intercambio ionico se produce un proceso de separación de iones. #n ion es un atomo o grupo de atomos cargados el!ctricamente estos iones se clasifican por su intercambio. Los iones cargados positiamente son llamados cationes, ya que estos emigran al catodo o electrodo negatio. Los iones cargados negatiamente son llamados aniones, ya que emigran al anodo o electrodo positio en una celda galanica. Los cationes comunmente encontrados en el agua son calcio, magnesio, sodio, "ierro, y manganeso. Los cationes comunmente encontrados en el agua son bicarbonatos, carboanto, cloruro, sulfato y nitrato. =ay oc"o compuestos que generalmente se asocian con el problema de la dureza. Estos compuestos son diididos en dos clasificaciones en relación a su facilidad de remocion. La dureza temporal puede ser causada porbicarbonato de calcio, carbonato de calcio, bicarbonato de magnesio, y puede ser remoida mediante la ebullición del agua. La dureza permanente es causada por el cloruro de calcio, sulfato de calcio, sulfato de magnesio, y cloruro de magnesio. Estos compuestos tambien son llamados dureza no carbonatada.
3. In4!"t5'! '! (at!ra&!" "! 't&6an +r!c'!nt!(!nt! co(o r!"na" catonca" 7 anonca" La mayor parte de los materiales de esferas de intercambio iónico se fabrican usando un proceso de polimerización de suspensión, que utiliza estireno y diinilbenzeno :DB1;. El estireno y DB1, ambos l$quidos en un principio, se colocan en un reactor qu$mico con más o menos la misma cantidad de agua. @simismo está presente un agente flotador para mantener todo disperso. El reactor qu$mico tiene un agitador que comienza a mezclar la solución de aguasustancia qu$mica orgánica. El estireno B1 comienza a formar grandes glóbulos de material, y al aumentarse la elocidad de agitación, los glóbulos se diiden en gotitas más peque7as "asta alcanzar un tama7o de más o menos un mil$metro. En ese momento inicia la reacción de polimerización a tra!s de la adición de peróxido de benzoilo, el cual "ace que las mol!culas de estirenoDB1 formen las esferas peque7as de plástico que resultan. El iinilbenzeno es un agente entrecruzante que le proporciona a las esferas su fortaleza f$sica,y sin el cual el estireno ser$a
soluble en el agua. La esfera de poliestireno-DB1 necesita ser qu$micamente actiada para funcionar como material de intercambio iónico. Los grupos actiados son ligados para proporcionarle funcionalidad qu$mica a la esfera. %ada grupo actio posee una carga el!ctrica fi&a, la cual es balanceada por un n'mero equialente de iones de carga opuesta, los cuales tienen la libertad de intercambiarse con otros iones de la misma carga. La" r!"na" catnca" +'!rt!" se forman tratando a las esferas con ácido sulf'rico concentrado :un proceso conocido como sulfonación; para formar grupos sulfónicoácidos permanentes, de carga negatia, a tra!s de las esferas. @qu$ es importante el "ec"o de que los sitios de intercambio formados de tal manera se encuentran ubicados a tra!s de la esfera. El proceso de intercambio iónico no es un fenómeno de superficieF más del 554 de la capacidad de un material de intercambio iónico se encuentra en el interior de la esfera. La" r!"na" annca" +'!rt!" se actian en un proceso de dos pasos que consiste en la clorometilación seguida de la aminación. Este proceso de dos pasos comienza con el mismo material de estirenoDB1 que se usa para las resinas catiónicas. La 'nica diferencia es que l a cantidad de DB1 que se utiliza es menor . La r!"na 8Br(8 es un compuesto catalitico de anganeso en un cuerpo diinil benceno. que se usa en el tratamiento de agua para elimianr el "ierro soluble de la misma. tiene un parecido con el carbón actiado y posee la misma granulometria del carbón para tratamiento de aguas. La función fundamental del 1I es retener y "acer precipitar el "ierro en forma de "idroxidos para luego ser separados en una malla de filtro formado por arenas y 1irm. su regenerante natural es el agua limpia.
VI. BIBLIORAFA:
"ttp(AAA.liing-Aater.orgid925."tm
"ttp(espanol.ansAers.ya"oo.comquestionindexGqidH*888C*9959C85@@iBJ1K
"ttp(AAA.agualatinoamerica.comdocspdf3-2-8*ailla.pdf
"ttp(es.Aiipedia.orgAiiesinaMdeMintercambioMcati4%C41Cnico
