Aula 10 - Métodos de separação Troca iônica

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19/10/2020
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Universidade Federal do Rio de Janeiro
Instituto de Química
Química Analítica Clássica II – IQA-241
Métodos de separação
Troca iônica
Professor: Rodolfo S. Barboza (sala 510 – G8)
rodolfosb@iq.ufrj.br
Coordenador: Rodolfo S. Barboza
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Troca iônica
No que consiste o processo de troca iônica?
A troca iônica é um processo pelo
qual os íons presos em um sólido poroso e
essencialmente insolúvel são trocados por
íons presentes em uma solução que é
levada ao contato com o sólido.
Resina trocadora (poliestireno 
com ligações cruzadas).
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Troca iônica
Importante
 Por se tratar de uma fase sólida insolúvel, as
resinas apresentam capacidade limitada (cada
porção de resina possui número limitado de
sítios ativos);
Resina trocadora (poliestireno 
com ligações cruzadas).
 Quando todos os sítios ativos são ocupados
diz-se que a resina está saturada;
 O processo de troca iônica envolve um
equilíbrio químico, sendo possível a
regeneração da resina.
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Troca iônica
Aplicações
 Amolecimento de águas;
 Deionização da água;
 Purificação de soluções;
 Separações cromatográficas;
 Concentração de espécies;
 Eliminação de interferentes;
 Dentre outras.
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Resinas
Troca iônica
As resinas trocadoras de íons são polímeros de alto peso
molecular que contêm um grande número de grupos funcionais iônicos
por molécula.
O trocador iônico deve ser
construído de modo que os íons
deslocáveis (trocáveis) sejam acessíveis,
ou seja, possam difundir para fora da
matriz com velocidades razoáveis de modo
que o equilíbrio de troca iônica seja
atingido em tempo relativamente curto.
Importante
Resina para tratamento de água / 
permutadora de íons (gravex® gr 3-0 SG)
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Troca iônica
A troca iônica é um fenômeno de difusão. Distinguem-se cinco
estágios quando ocorre a troca de um íon fixado na resina por outro da
solução externa:
1. Difusão do meio da solução até a superfície da resina;
2. Difusão através da resina até os pontos de troca (grupos
funcionais);
3. Reação de troca (processo químico);
4. Difusão do íon trocado da resina até a superfície;
5. Difusão da superfície da resina para o interior da solução.
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Classificação das resinas
Troca iônica
As resinas trocadoras de cátions (catiônicas) contêm grupos
ácidos, enquanto as resinas trocadoras de ânions (aniônicas) possuem
grupos básicos. Classificam-se em:
Resinas ácidas
(catiônicas)
Resinas básicas
(aniônicas)
R-SO3
-H+
Trocador Fortemente ácido 
R-COO-H+
Trocador fracamente ácido
R-N+(CH3)3OH-
Trocador Fortemente básico 
R-N+H(CH3)2OH-
Trocador fracamente básico 
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Síntese de resinas
Troca iônica
Funcionalização
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Síntese de resina catiônica Síntese de resina aniônica
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Troca iônica
Trocador catiônico
Íons fixos Íons fixos
Íons trocáveis (deslocáveis) – counter ions ou íons ionogênicos
Matriz estrutural de um trocador iônico
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Troca iônica
Trocador aniônico
Íons fixos Íons fixos
Íons trocáveis (deslocáveis) – counter ions ou íons ionogênicos
Matriz estrutural de um trocador iônico
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Troca iônica
Requisitos importantes para os trocadores
 Insolubilidade;
 Estabilidade química;
 % DVB;
 Capacidade de troca;
 Difusão.
Equilíbrio de troca iônica
Troca iônica
Ca2+
(aq) + 2H+
(res) Ca2+
(res) + 2H+
(aq)
Resina de 
ácido sulfônico
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Água dura
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Água 
amolecida
K’ = [Ca2+]res × [H+]2aq
[Ca2+]aq × [H+]2res
As separações por troca iônica são realizadas
ordinariamente sob condições nas quais um íon
predomina em ambas as fases. Assim, na
remoção de íons cálcio de uma solução diluída e
um pouco ácida, a concentração do íon cálcio
será muito menor que aquela do íon hidrogênio
em ambas as fases aquosa e da resina; isto é:
[Ca2+]res