Un schimb de ioni este un proces chimic în care ionii sunt schimbati între două soluții de electroliți sau între o soluție de electroliți și o structură de matrice solidă cunoscută sub numele de polimer schimbător de ioni. Când soluția de electrolit reacționează cu polimerul sau rășina, ionii din soluție sunt prinși și atașați de substratul solid, care la rândul său eliberează diferiți ioni cu aceeași sarcină. Schimbul de cationi are loc atunci când particulele încărcate pozitiv sunt schimbate, în timp ce schimbul de anioni are loc atunci când sunt schimbate particulele încărcate negativ.
Schimbul de ioni poate avea loc în medii naturale prin minerale aluminosilicate cunoscute sub numele de zeoliți, care se găsesc în argilă. Nivelul schimbului de cationi care are loc în sol poate fi folosit ca un indicator al capacității solului de a reține nutrienții. De asemenea, este un factor important în determinarea purității apelor subterane.
În medii industriale, schimbul de ioni are loc prin utilizarea polimerilor organici sintetici. Un polimer schimbător de ioni poate fi fabricat pentru a filtra în mod specific anumiți ioni dintr-o soluție. Există patru tipuri principale de polimeri schimbători de ioni care au afinități ionice și proprietăți chimice diferite: rășini anionice de bază puternică, rășini anionice de bază slabă, rășini cationice acide puternice și rășini cationice acide slabe.
Pe lângă aceste patru grupuri, există și alte tipuri de rășini schimbătoare de ioni. Rășinile de chelare sunt importante în filtrarea cationilor de metale grele toxice, cum ar fi plumbul și mercurul. Aceste rășini sunt utilizate în tratarea apelor uzate și a apelor subterane.
Rășinile acide puternice pot fi folosite pentru a îndepărta cationii de calciu și magneziu din apă într-un proces cunoscut sub numele de dedurizare a apei. Ionii de calciu și magneziu din soluție sunt schimbați cu ioni de sodiu sau hidrogen din rășină. Produsele de uz casnic, cum ar fi detergentul de rufe, folosesc zeoliti pentru dedurizarea apei pentru a preveni interferenta ionilor de calciu si magneziu cu actiunea de curatare a sapunului.
Deionizarea apei este o altă aplicație comună a schimbului de ioni. În deionizare, sărurile minerale precum sodiu și calciu sunt îndepărtate din apă și înlocuite cu cationi de hidrogen sau anioni hidroxid, în funcție de tipul de rășină folosită. Acest proces produce o formă purificată de apă comparabilă cu apa distilată, care este utilă în procesele de laborator și industriale în care este necesară o puritate ridicată a apei.
Reacțiile industriale de schimb de ioni sunt de obicei efectuate folosind coloane. Aceste vase conțin un pat de rășină, care deține rășina schimbătoare de ioni în timp ce soluția este trecută prin ea. Debitul poate fi controlat de supape și instrumente atașate la coloană. Pe măsură ce soluția este trecută prin rășină, are loc schimbul de ioni până când toate locurile de legătură din rășină sunt umplute, producând o soluție purificată.