ionbytning

Ionbytning, udveksling af ioner imellem en vandig opløsning og et fast stof, ionbytteren, som anbringes i opløsningen i kornet form; de enkelte korn er opbygget som krystalgitre af uorganisk materiale eller, i de fleste tilfælde, som porøse polymerer og har en struktur, der tillader vand og små ioner at trænge ind og ud. I porernes vægge findes elektriske ladninger, som kan binde ioner. Hvis hver aktiv plads (ladning) i ionbytteren betegnes som R^-, kan en ionbytningsproces fx beskrives ved følgende reaktionsskema: 2RNa+Ca²⁺ → R₂Ca+2Na⁺. Vandets calciumioner, Ca²⁺, bindes af ionbytteren, mens dennes natriumioner, Na⁺, frigøres. Således er vandet blevet "blødgjort", idet "hårdheden", Ca²⁺, er blevet fjernet. Dette eksempel beskriver en af de første og stadig meget vigtige tekniske ionbytningsprocesser.

Når alle eller næsten alle pladser i ionbytteren er besat med calciumioner, skal ionbytteren regenereres. Dette sker ved gennemskylning med en stærk opløsning af natriumklorid, NaCl. Den ovenfor angivne reaktion vil nemlig forløbe i modsat retning, når blot Na⁺-koncentrationen er høj nok. Efter regenereringen skylles ionbytteren med rent vand, hvorefter den igen kan bruges til blødgøring af vand. Ionbytteren ligger som regel som et højt lag af partikler, en søjle, i en lodret cylindrisk beholder. Man opererer med to eller flere parallelt koblede søjler, således at processen kan fortsættes, selvom en søjle kobles ud for at blive regenereret.

I det beskrevne eksempel bruges en kationbytter, som kan binde positivt ladede ioner, kationer. Til negativt ladede ioner, anioner, fx syrerest-ioner som SO₄^2- og Cl^- (hhv. sulfat og klorid), bruges en anionbytter, som har positive ladninger indbygget i sit gitter.

Kat- og anionbyttere kan regenereres med hhv. stærk syre og stærk base, hvorved de bringes på hhv. H-form, RH, og OH-form, ROH. Når vandværksvand behandles med begge disse ionbyttere, bindes både kat- og anioner, og de frigjorte brint- og hydroxylioner bliver til vand. Således kan man opnå demineraliseret vand.

Mange naturligt forekommende stoffer, fx lermineraler og humus, har ionbytter-egenskaber. Dette er af stor betydning for bindingen af plantenæringsstoffer, fx nitrat og kalium, i de øverste jordlag.

Kationer er bundet til de negative ladninger på jordpartiklerne, fx ler og humus. Planterødderne kan optage kationer ved at bytte med brintioner, H⁺. Med den stigende forurening af atmosfæren med H⁺, bl.a. fra udledninger fra kraftværker, har planterne imidlertid fået en konkurrent i adgangen til kationer. Lerpartikler bytter lige så let en calciumion ud med to brintioner fra regnen som fra planterødderne. Sker ionbytningen med brintioner fra den sure regn, skyller calciumionen væk med vandet og kommer ikke planterne til gode. Ionbytningen af de vigtige kation-næringsstoffer med H⁺ sker i en rækkefølge bestemt af deres bindingsevne til lerpartiklernes negative ladninger. En kation som aluminium (Al³⁺) byttes fx først, når calcium, magnesium og kalium er byttet ud.