Jonit

Jonit – substancja służąca do przeprowadzania selektywnego procesu wymiany jonowej, stosowana w kolumnach jonitowych i filtrach jonitowych. Przepuszczenie przez warstwę jonitu ciekłej lub gazowej mieszaniny lub roztworu powoduje albo wzbogacenie jej o określony jon albo przeciwnie pozbycie się z niej określonego jonu.

Jonity to zwykle żele lub substancje porowate, które mają zdolność selektywnego uwalniania jednych jonów i pochłaniania innych. Ich działanie opiera się na fakcie występowania na ich powierzchni określonych chemicznych grup funkcyjnych, które wiążą jony. Są to zwykle grupy mające silne własności kwasowe lub zasadowe, które w kontakcie z rozpuszczalnikiem lub roztworem aktywującym (zwykle silnym kwasem lub zasadą) ulegają dysocjacji elektrolitycznej powodującej naładowanie ich powierzchni.

Każdy jonit ma określoną pojemność jonową – tj. liczbę moli jonów, które może zaabsorbować w jednostce swojej masy. Po pełnym wykorzystaniu swojej pojemności jonity wymagają regeneracji. Regeneracja jonitów polega na płukaniu złoża roztworem zawierającym jony, które uległy usunięciu z jonitu np. HCl, NaCl, NaOH.

Rodzaje jonitów

Ze względu na pochodzenie jonity dzieli się na:

nieorganiczne
organiczne:
- węgle sulfonowane
- żywice jonowymienne (jonitowe)

oraz

syntetyczne
- porowate żywice syntetyczne otrzymywane z kopolimerów styrenu, formaldehydu i monomerów winylowych zawierających w swojej strukturze pirydynę lub jej pochodne (m.in. amberlit)
- żel krzemionkowy
- żele krzemionkowo-aluminoksanowe
na bazie materiałów naturalnych
- zeolity,
- montmorylonity,
- glaukonity,
- celulozy
- węgla aktywnego

Ze względu na rodzaj pochłanianych jonów jonity dzieli się na:

kationity, które mają na powierzchni grupy o własnościach kwasowych (np. −SO₃H, −PO₃H, −COOH, −SH), które są zdolne do wiązania kationów, np. wymieniacz−SO₃H + Me⁺ → wymieniacz−SO₃Me + H⁺
anionity, które mają na powierzchni grupy o własnościach zasadowych, np. aminowe, −NH₂, −NRH, −NR₂, dla anionitów słabo zasadowych lub czwartorzędowe reszty amoniowe, −NR₃⁺, dla anionitów silnie zasadowych; anionity są zdolne do wiązania i wymieniania anionów, jak np. DEAE celuloza w formie wodorowęglanowej:

celuloza−[NEt₂H]⁺[HCO₃]₋ + A₋ → celuloza−[NEt₂H]⁺[A]₋ + HCO₋

(proces taki może być wykorzystany do rozdziału chromatograficznego mieszaniny pochodnych kwasowych, np. krótkich oligonukleotydów^[1])

jonity amfoteryczne – mające zdolność pochłaniania zarówno anionów lub kationów.

Ze względu na agregację na:

objętościowe: gdzie porowaty lub granularny jonit jest dodawany do bezpośrednio do mieszaniny reakcyjnej Lub wypełnia przestrzeń, najczęściej kolumnowego, wymieniacza jonowego.
membranowe: gdzie jonit tworzy półprzepuszczalną błonę
ciekłe: gdzie jonit jest niesolwatacyjną cieczą, a jego dyspersja zapewnia dużą powierzchnię aktywnego kontaktu.

Jonity oprócz własności jonowymiennych różnią się również własnościami sorpcyjnymi. Stąd też w jonicie oprócz wymiany jonów zachodzi sorpcja. Mówi się wówczas o jonitosorbencie, podkreślając w ten sposób, że mamy tu do czynienia z dwoma efektami.

Zastosowania

Wymiana jonów wapniowych na sodowe na jonicie. Proces taki zachodzi podczas zmiękczania wody

Jonity są szeroko stosowane w laboratoriach i w przemyśle.

Na przykład do zmiękczania i demineralizacji wody dla energetyki, wydzielania i rozdzielania jonów cennych metali w metalurgii, wydzielania uranu i pochłaniania pierwiastków promieniotwórczych, katalizowania procesów chemicznych, odbarwiania i oczyszczania soków w cukrownictwie oraz przemyśle spożywczym, wydzielania antybiotyków i rozdzielania aminokwasów w przemyśle farmaceutycznym, stanowią podstawę jednej z chromatograficznych technik analitycznych (chromatografia jonowymienna). Wymiennik jonitowy jest integralną częścią każdej domowej zmywarki do naczyń, z tego powodu konieczne jest okresowe uzupełnianie w urządzeniu soli regeneracyjnej.

Przypisy

↑ Buchi, H., Khorana, H.G.. CV. Total synthesis of the structural gene for an alanine transfer ribonucleic acid from yeast. Chemical synthesis of an icosadeoxyribonucleotide corresponding to the nucleotide sequence 31 to 50. „Journal of Molecular Biology”. 72 (2), s. 251-288, 1972. DOI: 10.1016/0022-2836(72)90148-9.

Bibliografia

Słownik chemiczny, JerzyJ. Chodkowski (red.), RomanR. Bugaj, Warszawa: Wiedza Powszechna, 1982, ISBN 83-214-0323-9, OCLC 749428843 .

[Buchi1972-1] Buchi, H., Khorana, H.G.. CV. Total synthesis of the structural gene for an alanine transfer ribonucleic acid from yeast. Chemical synthesis of an icosadeoxyribonucleotide corresponding to the nucleotide sequence 31 to 50. „Journal of Molecular Biology”. 72 (2), s. 251-288, 1972. DOI: 10.1016/0022-2836(72)90148-9.

[1]