Io|nen|aus|tau|scher 〈m. 3; Chem.〉 hochmolekularer Stoff, der die Eigenschaft hat, Ionen abzuspalten u. dafür andere in einer Lösung befindliche Ionen aufzunehmen
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Io|nen|aus|tau|scher: Sammelbez. für natürliche oder synthetische Stoffe, die aus Elektrolytlösungen Ionen aufnehmen u. dafür eine äquivalente Menge Ionen gleichen Ladungssinns in die Lsg. abgeben (reversible ↑ Austauschreaktion, 1), z. B. Zeolithe u. Montmorillonite (anorg. I.) oder Kunstharzsulfonate bzw. -ammoniumsalze. Bei Kationenaustauschern zur Enthärtung des Wassers wird formal 1 Ca2+ bzw. 1Mg2+-Ion gegen 2 Na+-Ionen ausgetauscht, u. bei Anionenaustauschern finden Austauschprozesse wie Cl‒ gegen OH‒ statt. I. werden verwendet zur Wasserenthärtung u. -entsalzung, zur Entfernung von Schwermetallen, zur Reinigung von Lsgm. u. a. Fl., als Katalysatoren usw. Vgl. Redoxaustauscher.
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Io|nen|aus|tau|scher, der [engl. ion exchanger] (Physik, Chemie):
anorganischer od. organischer Stoff, der aus einer Elektrolytlösung positive od. negative Ionen aufnehmen u. dafür eine entsprechende Menge gleichartiger Ionen abgeben kann (z. B. bei der Wasserenthärtung).
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Ionenaustauscher,
anorganische oder organische Feststoffe, die bewegliche Ionen enthalten und die Fähigkeit haben, diese gegen andere Ionen mit gleichem Ladungsvorzeichen auszutauschen. Es wird zwischen Kationen- und Anionenaustauschern unterschieden. - Als anorganische Kationenaustauscher wirken u. a. Alumosilikate (Zeolithe, Tonminerale). In Lehm- und Tonböden enthaltene Tonminerale können Pflanzennährstoffe (z. B. Kalium- und Ammoniumionen) aus der Bodenlösung durch Ionenaustausch aufnehmen und damit für die Pflanze verfügbar halten (Austauschkapazität). Zur Verhinderung von Kalkabscheidungen in Waschmaschinen und auf der Wäsche werden Waschmitteln in zunehmenden Maße Zeolithe als Ionenaustauscher zugesetzt. - Von großer Bedeutung für die Wasseraufbereitung sind organische Polymere (Kunstharze wie Styrol-Divinylbenzol-Copolymere), die zum Ionenaustausch befähigte funktionelle Gruppen (Festionen) enthalten. Als Festionen fungieren v. a. —SO-3 (für stark saure Kationenaustauscher), —COO- (für schwach saure Kationenaustauscher), —N(CH3)+3 (für stark basische Anionenaustauscher) und —N(CH3)2H+ (für schwach basische Anionenaustauscher). Die Kunstharzionenaustauscher (Austauscherharze) haben Gelstruktur und quellen in Wasser. Sie werden meist in Perlform oder als Granulat in Behältern (Ionenaustauscherkolonne) vom Wasser durchströmt. - Mehrfach positiv geladene Kationen (z. B. Ca2+, Mg2+) werden an einem stark sauren Kationenaustauscher fester gebunden als einfach geladene (z. B. Na+, H+). Darauf beruht die Verwendung von Ionenaustauschern in der Na+-Form (als so genannte Basenaustauscher) zur Enthärtung von Wasser (Wasseraufbereitung).
Da der Ionenaustausch eine Gleichgewichtsreaktion ist, kann der mit Ca2+- und Mg2+-Ionen beladene Ionenaustauscher mit konzentrierter Natriumchloridlösung regeneriert werden. Für die Vollentsalzung von Wasser (z. B. für Kesselspeisewasser) werden ein Kationenaustauscher in der H+-Form und ein Anionenaustauscher in der OH--Form hintereinander geschaltet. Zur Verbesserung der Entsalzung wird als dritte Stufe meist eine Kationen- und Anionenaustauschermischung (Mischbettfilter) nachgeschaltet.
Schwach saure Kationenaustauscher in der H+-Form werden zur Entcarbonisierung von Wasser verwendet. Sie binden H+-Ionen fester als alle anderen Ionen, bei der Austauschreaktion mit Calcium- und Magnesiumionen liegt das Gleichgewicht deshalb sehr weit auf der linken Seite. Die sich nur in geringer Menge bildenden H+-Ionen reagieren aber mit den Hydrogencarbonaten des Wassers und werden dadurch aus dem Gleichgewicht der Austauschreaktion entfernt. Das Gleichgewicht stellt sich unter weiterer Bindung von Ca2+- und Mg2+-Ionen so lange neu ein, bis das Hydrogencarbonat des Wassers verbraucht ist.
Ionenaustauscher werden außerdem zur Entfernung von Wertstoffen oder Giften (z. B. Schwermetallen) aus Abfalllösungen verwendet. Mit positiven oder negativen Festionen ausgestattete Ionenaustauschermembranen sind bei Kontakt mit Salzlösungen entweder nur für Anionen oder nur für Kationen durchlässig. Sie finden z. B. bei der Chloralkalielektrolyse Verwendung.
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Universal-Lexikon. 2012.