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1. INTERCAMBIO
IONICO
INTEGRANTES:
FATIMA ROJAS
YOLANDA RIOS

2. INTERCAMBIO IÓNICO
• Desde 1850 Thompson y Way, 1906 Gans, 1935
Holmes y Adams, hasta la tecnología del
intercambio iónico ablandamiento del agua y agua
de alimentación en la ósmosis inversa.
• El intercambio iónico es una de las operación
unitaria, que tienen como función la separación, que
está basada en la transferencia de materia fluido-sólido.
Que involucra la transferencia de uno o más
iones, de la fase fluida al sólido por intercambio o
desplazamiento de iones de la misma carga, que se
encuentran unidos por fuerzas electrostáticas a
grupos funcionales superficiales. La eficacia del
proceso depende del equilibrio sólido-fluido y de la
velocidad de transferencia de materia.

4. DEFINICION
• Es un método de separación química, y se
reconoce como una operación unitaria. Reacción
química que tiene lugar entre dos iones móviles de
una disolución y los iones de igual signo que se
hallan unidos a una partícula solida inmóvil. El
intercambio iónico está basado en la adsorción, que
es un proceso de separación de ciertos
componentes de una fase fluida hacia la superficie
de un sólido adsorbente. Generalmente pequeñas
partículas de adsorbente se mantienen en un lecho
fijo mientras que el fluido alcanzar ya la separación
deseada, con lo cual el lecho se ha de regenerar.

5. • La mayoría de los adsorbentes son resinas, compuestos
orgánicos de gran peso molecular que tiene la propiedad de
disponer de un residuo catiónico o aniónico intercambiable, y
gracias a su alta porosidad, la adsorción puede tener lugar
fundamentalmente en el interior de las partículas, y
aumentado así el área de contacto. La separación se produce
debido a la diferente afinidad de las resinas con los cationes y
aniones que se desean eliminar, y por tanto la buena elección
del lecho favorecerá la separación de los iones y la eficacia
dependerá del equilibrio sólido-líquido y de las velocidades de
transferencia de materia.

6. ALIMENTO AGENTE DE SEPARACION PRODUCTO PRINCIPIOS DE
SEPARACION
EJEMPLO
liquido resina solida liquido
+
resina solida
ley de accion de masas,
aplicada a inones o cationes
disponibles
ablandamiento de agua
EJEMPLO DE INTERCAMBIO IÓNICO ENTRE EL
SODIO Y EL POTASIO

7. • Propiedades generales:
Hinchamiento: facilita el movimiento de los iones dentro
de los gránulos e influye tanto en la velocidad del
intercambio como en la distribución.
• Cinética del intercambio iónico
Disfunción del ion a la superficie de la resina.
Difusión del ión a través de la resina l sitio del
intercambio.
Intercambio de los iones.
Difusión del ión cambiado a través de la resina a la
superficie.
Desorción y disfunción del ión cambiado en la solución
exterior.

8. TECNICA DEL INTERCAMBIO
IONICO
• Concentrar un ión deseable en un pequeño volumen.
Ej. Separación de un alcaloide de una solución o extracto.
• Remover o separar un ión indeseable.
Ej. El agua purificada por calcio de la cual se desea
eliminar el ión calcio.

9. TIPOS DE INTERCAMBIADORES IÓNICOS
• Los intercambiadores de iones pueden ser:
• Intercambiadores de cationes, que intercambian iones
cargados positivamente (cationes).
• Intercambiadores de aniones que intercambian iones con
carga negativa (aniones).
• Anfóteros que son capaces de intercambiar cationes y aniones
al mismo tiempo.
• El intercambio iónico puede explicarse como una reacción
reversible implicando cantidades químicamente equivalentes.
• Ejemplo
• Un ejemplo común del intercambio catiónico es la reacción
para el ablandamiento del agua:
• Ca++ + 2NaR ↔ CaR + 2Na+
• Donde R representa un lugar estacionario aniónico univalente
en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador.

10. SUSTANCIAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
• Las sustancias de intercambio iónico presentan
determinada selectividad o afinidad influenciada por las
propiedades de las sustancia, los iones intercambiados,
la solución en la cual están presentes los iónes, la
magnitud de la carga y el tamaño de los iónes.
Las sustancias intercambiadores se clasifican en:
• origen naturales arcillas zeolitas , resinas
naturales y permutitas.
• sintéticos resinas sintéticas, carbónsulfonado.
• Los intercambiadores de iones suelen contener resinas
de intercambio iónico porosas o en forma de
gel, zeolitas, montmorillonita, arcilla y humus del suelo.

11. RESINAS DE INTERCAMBIO
IÓNICO
• Características
Una resina de intercambio iónico puede considerarse como una
estructura de cadenas hidrocarbonadas a las que se encuentran
unidos de forma rígida grupos iónicos libres. Estas cadenas se
encuentran unidas transversalmente 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.
Como los iones deben difundirse en el interior de la resina para
que ocurra el intercambio, la selección del grado de reticulación
puede limitar la movilidad de los iones participantes.
Las cargas de los grupos iónicos inmóviles se equilibran con las
de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que
están libres y que son los que se intercambian realmente con los
del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los
cambiadores iónicos se denominan catiónicos y cuando
son aniones se denominan aniónicos.

12. RESINAS DE INTERCAMBIO
IONICO SO DE DOS TIPOS:
• Intercambiadores catiónicos
Contiene grupos activos ácidos que : sulfónico, carboxílico,
fenólico, fosfórico.
Acido fuerte y acido débil.
• Intercambiadores aniónicos
• Contiene grupos amínicos: NH2, NHR, NR2
Base fuerte y base débil.

13. INTERCAMBIO IÓNICO EN LECHO FIJO

14. • La operación de intercambio iónico se realiza
habitualmente en semicontinuo, en un lecho fijo de
resina a través del cual fluye una disolución. El régimen
de funcionamiento no es estacionario por variar
continuamente la concentración de los iones en cada
punto del sistema. Las instalaciones constan
generalmente de dos lechos idénticos, de forma que si
por uno de ellos circula la disolución que contiene los
iones que se desea intercambiar, el otro se está
regenerando

15. EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN EN UN LECHO
DE INTERCAMBIO IÓNICO

16. CAPACIDAD DE LA RESINA
El valor de la concentración de iones que pueden ser
retenidos por una unidad de peso de resina.
La determinación de la capacidad máxima de una resina
catiónica se realiza intercambiando ésta con una disolución
básica: se produce una reacción irreversible entre el catión
saliente de la resina con los iones OH- de la disolución de
tal forma que si existe suficiente concentración de soluto
llega a agotarse la capacidad total de la resina

17. Aplicaciones
• El intercambio iónico es utilizado para diversos fines entre los
que se destacan :
• Ablandamiento, separación de calcio y magnesio.
• Desmineralización
• Tratamiento de agua. Este es un proceso típico para ablandar
o desionizar el agua, aunque es recomendable aplicarse
después de un tratamiento previo adaptado a cada calidad de
agua bruta, y que consista, especialmente, en la eliminación
de las materias en suspensión, materias orgánicas, cloro
residual, cloraminas.
• Proceso muy utilizado en las fábricas textiles.
• El intercambio iónico es utilizado ampliamente en la industrias
de alimentos y bebidas, hidrometalúrgica, acabado de
metales, química y petroquímica, farmacéutica, azúcar y
edulcorantes, agua subterránea y potable, nuclear,
ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energía,
acabado textil.

18. APLICACIONES FARMACEUTICAS
• Las resinas de intercambio iónico se utilizan en la
separación de alcaloides en solución o contenido en
extractos vegetales.
• De dos modos:
• Con intercambiadores catiónicos o con aniónicos.
• A si mismo se han separado aminoácidos, proteínas,
enzimas, hormonas , vitaminas, antibióticos. Como la
penicilina, se separa con intercambiadores, esta se
fija sobre resinas carboxílicos y es eludida con ácidos
minerales.
• Desintegrantes en la elaboración de comprimidos.
• Prolongar el efecto de algunos fármacos.

19. Diagrama de flujo
• Esquema de un proceso de desionización de agua.
Intercambio iónico

20. REGENERACION DE RESINAS DE
INTERCAMBIO IONICO
Tipos de regenerantes
 El cloruro de sodio (NaCl) se emplea normalmente para regenerar las resinas fuertemente ácidas usadas
en ablandamiento, y las resinas fuertemente básicas en la eliminación de nitratos.
 En ablandamiento, el cloruro de potasio (KCl) puede también emplearse cuando la presencia de sodio
en la solución tratada es indeseable.
 En ciertos procesos de tratamiento de condensados muy calientes, el cloruro de amonio (NH4Cl) se
puede utilizar también.
 En la eliminación de nitratos, la resina fuertemente básica se puede regenerar con otros compuestos que
producen iones de cloruro, tales como el ácido clorhídrico (HCl).
 y a veces más barato, pero es menos eficaz que el clorhídrico: la capacidad útil de la resina SAC es En
el proceso de descationización — la primera etapa de una desmineralización — la resina fuertemente
ácida (SAC) se debe regenerar con un ácido fuerte. Los regenerantes más comunes son el ácido
clorhídrico y el ácido sulfúrico.
 El ácido clorhídrico (HCl) es muy eficaz y no produce precipitados en el lecho de resina.

21. o El ácido sulfúrico (H2SO4) es más fácil de transportar y almacenar menor. Además, su
concentración se debe ajustar precisamente para impedir la precipitación de sulfato de calcio
en la resina (detalles abajo). Una vez precipitado en la columna, CaSO4 es muy difícil
disolver de nuevo.
o El ácido nítrico (HNO3) se puede también emplear, por lo menos en principio, pero no es
recomendado, porque puede producir reacciones muy exotérmicas, hasta explosiones. Por
lo tanto, hay que considerar el ácido nítrico como peligroso.
o En descarbonatación, lo mejor es regenerar la resina débilmente ácida (WAC) con ácido
clorhídrico (HCl). El sulfúrico se debe aplicar a concentraciones muy bajas (< 0,8%) para
que no precipite sulfato de calcio. La cantidad de agua de dilución es por lo tanto muy grande.
Otros ácidos más débiles pueden también regenerar resinas WAC, por ejemplo el ácido
acético (CH3COOH) o el ácido cítrico, una molécula con tres grupos —COOH: (CH2COOH-C(
OH)COOH-CH2COOH = C6H8O7).
o En desmineralización las resinas fuertemente básicas se regeneran siempre con sosa
cáustica (NaOH) aunque la potasa cáustica (hidróxido de potasio KOH) es otra opción, pero
en general más cara.
o resinas débilmente básicas (WBA) se regeneran en general también con sosa cáustica, pero
otras bases más débiles se pueden emplear:
o Amoníaco (NH4OH)
o Carbonato de sodio (Na2CO3)

22. Concentraciones
 NaCl (ablandamiento y eliminación de nitratos): 10 %
 HCl (descationización, descazrbonatación y desmineralización): 5 %
 NaOH (desmineralización): 4 %
 H2SO4: con resinas fuertemente ácidas, se debe ajustar la concentración
del ácido sulfúrico con mucho cuidado entre 0,7 y 6 % según la
proporción de calcio en el agua bruta (la cual es la misma en la resina).
Empieza con una concentración baja de ácido sulfúrico, y luego se aplica
una concentración más alta una vez eluida la mayor parte de los iones de
calcio. Una tercera etapa se aplica a veces con una concentración aún
más alta. La primera concentración es en general entre 1 y 2 %, y la
segunda concentración es doble. De tal manera se puede reducir el
volumen de agua de dilución, la regeneración es más eficaz y la
capacidad útil más alta.

23. APLICACIONES
INDUSTRIALES
• Ablandamiento del agua

24. Se emplea una resina intercambiadora de cationes
fuertemente ácida en forma sodio. Los iones que
constituyen la dureza de agua, principalmente el calcio
y el magnesio, se intercambian con el sodio de la
resina. El agua ablandada sirve para varios usos:
 Lavanderías
 Calderas domésticas
 Calderas industriales de baja presión
 Industria textil

25. DESCARBONATACION
• En muchas regiones del mundo las aguas naturales contienen
bicarbonatos. Los iones de calcio y de magnesio asociados con
estos se pueden elminar con resinas débilmente ácidas en forma
hidrógeno. Este proceso se llama también eliminación de la dureza
temporal. El agua tratada contiene gas carbónico que se puede
eliminar con una torre de desgasificación. La salinidad del agua
tratada es más baja que la del agua bruta. Agua descarbonatada
sirve:
 para tratar el agua de producción de cerveza y otras bebidas
 para ablandar las aguas de abastecimiento en ciudades y pueblos
 en casa, para filtrar, ablandar y desmineralizar parcialmente el agua
para hacer café o té
 como etapa inicial antes de una desmineralización completa

26. DESMINERALIZACION

27. • Para eliminar todos los iones, el agua pasa primero a
través de una columna intercambiadora de cationes en
forma hidrógeno, después a través de una columna
intercabiadora de aniones en forma base libre o
hidroxilo. Todos los cationes se cambian por iones H+de
las resinas catiónicas, y los aniones por iones OH—de las
resinas aniónicas. Estos iones se recombinan formando
nuevas moléculas de agua (H2O). El agua tratada no
contiene sino trazas de sodio y de sílice.

28. CATALISIS
• Un catalizador es un compuesto que aumenta la
velocidad de una reacción química hasta su equilibrio sin
ser consumido durante la reacción. La mayoría de las
reacciones químicas, especialmente en la industria
petroquímica, donde se solía emplear un ácido
inorgánico como catalizador, se catalizan hoy con
resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas en
forma H+. Estas resinas funcionan en condiciones
difíciles, especialmente a temperaturas altas (130 – 170
°C), y deben tener la acidez más elevada posible.
Mencionaremos unos ejemplos:

29. • La alquilación
Producto Octilfenol
Reactantes Octano + fenol
Catalizador Amberlyst 15Dry
Temperatura 100 – 120 °C

30. • Condensación
Producto Bisfenol A
Reactantes Acetona + fenol
Catalizador Amberlyst 131
Temperatura 60 – 80 °C

31. • Esterificación
Producto Metil-ter-butil éter (MTBE)
Reactantes Isobutileno + metanol
Catalizador Amberlyst 35
Temperatura 40 – 80 °C

32. • La deshidratación
Producto Isobutileno
Reactantes Isobutanol
Catalizador Amberlyst 35
Temperatura 70 – 80 °C

33. • La hidrogenación
Producto Metil-isobutilcetona (MIBK)
Reactantes Acetona
Catalizador Amberlyst CH28 (dopado con paladio)