Разликата между дестилирана вода и дейонизирана вода

Пречистването на химични вещества е процес от голямо значение за повечето от неговите технологични приложения, както и за научни изследвания. Има множество техники за разделяне и пречистване, които зависят от вида на смесените вещества и степента на чистота, която се желае да се получи. В случай на вода, два често срещани метода за пречистване са дестилация и дейонизация. Тези два начина за пречистване на водата дават съответно дестилирана вода и дейонизирана вода.

В следващите раздели ще разгледаме разликите между тези две „презентации“ на най-изобилното вещество на планетата Земя, как се получават и какви приложения изискват използването на едното или другото.

Измерване на чистотата на водата

Преди да обсъдим процесите на пречистване на водата, трябва да изясним важен момент, свързан с измерването на споменатата чистота. Водата претърпява реакция, наречена автопротолиза, при която една водна молекула отнема протон от друга, като първата действа като основа, а втората действа като киселина.

Въпросната реакция е:

Тази реакция е обратима и има свързана равновесна константа от 10 ^-14 , което предполага, че при липса на други разтворени химикали ще има същата концентрация от 10 ^-7 М хидрониеви и хидроксидни йони.

Тъй като това са единствените йони, присъстващи в чистата вода и тъй като тяхната концентрация е толкова ниска, чистата вода е електрически изолатор и има много високо електрическо съпротивление. Наличието на всякакви примеси, които могат да се дисоциират или да повлияят на предишното равновесие (като например наличието на киселина или основа, например), неизбежно ще доведе до повишаване на концентрацията на йони в разтвора, което ще увеличи проводимостта на водата и следователно увеличават концентрацията на йони в разтвора. Следователно съпротивлението му ще намалее.

Следователно можем да използваме съпротивлението на водата (или нейната проводимост, въпреки че съпротивлението е по-удобно) като пряка мярка за нейната чистота. В зависимост от използвания метод на пречистване, съпротивлението на водата почти винаги е от порядъка на единици или десетки MΩ.cm.

Какво е дестилирана вода?

Дестилираната вода е вода, която е пречистена чрез процеса на дестилация . Това е вода с добра степен на чистота, свободна от повечето вируси и бактерии, както и от повечето йонни разтвори като соли и други минерали, които могат да бъдат разтворени по различни причини в чешмяна вода.

Как протича дестилацията?

Дестилацията е една от най-разпространените процедури за пречистване на течни вещества. Състои се от физическо разделяне на две или повече вещества въз основа на разликата между техните налягания на парите и точките на кипене.

Този процес се състои в нагряване на течност (в нашия случай нечиста вода) до нейната точка на кипене в затворен съд. След това парата се отвежда през система от канали или тръби към система, която я охлажда, за да я кондензира отново (кондензатор), след което новокондензираната течна вода се съхранява в друг отделен контейнер от пробата с нечиста вода.

Дестилацията е енергийно ефективен процес на пречистване. Необходима е много енергия, за да се изпарят големи количества вода и въпреки че част от тази енергия може да бъде възстановена по време на кондензация, много се губи.

Колко чиста е дестилираната вода?

Въпреки че дестилацията е много ефективен процес за отстраняване на повечето примеси, особено нелетливи като соли и много молекулни разтворени вещества, тя не е подходяща за отстраняване на летливи вещества като алкохоли и други органични съединения като трихалометани (хлороформ, йодоформ и други ). Тези летливи вещества се изпаряват и кондензират заедно с водата, оставайки в нея след дестилация.

В допълнение към това, дестилираната вода все още може да съдържа определени количества йони, различни от хидрониеви и хидроксидни йони. Основният източник на йони в дестилираната вода идва от разтвора на въглероден диоксид (CO ₂ ), идващ от атмосферата, който реагира с водата, превръщайки се във въглеродна киселина, която от своя страна се дисоциира съгласно следното уравнение:

Всяка проба от вода, изложена на атмосферата, в крайна сметка ще достигне равновесие с CO ₂ и ще съдържа около 10 ^-6 моларни концентрации на бикарбонатни и хидрониеви йони, както и по-малко хидроксидни йони, отколкото чистата вода.

От друга страна, контактът с пара и гореща течна вода може да насърчи освобождаването на малки количества замърсители от контейнерите, в които се съхранява дестилираната вода, и от тръбопроводите, през които се транспортира. Следователно в дестилираната вода може да има различни йони и други химикали като примеси.

Следователно, дестилираната вода обикновено има съпротивление от около 1 MΩ.cm. Това означава, че тя има концентрация на йони около 10 пъти по-голяма от тази на напълно чиста вода. Въпреки че това е незначително за повечето приложения, има някои, които не могат да понасят дори тези нива на примеси.

Какво е дейонизирана вода?

Както подсказва името й, дейонизираната вода е вода, която е пречистена чрез някакъв процес на дейонизация, който не е нищо повече от селективно отстраняване на катиони и аниони, различни от присъстващите в чистата вода . Има различни степени на дейонизация, които могат да бъдат постигнати чрез различни методи и които позволяват да се получи чиста вода или ултрачиста вода, като се разграничава една от друга въз основа на използваната процедура за пречистване и съпротивлението на крайния продукт.

Трябва да се отбележи, че дейонизацията на водата е процес, който се извършва за допълнително пречистване на дестилирана вода. Това означава, че по дефиниция дейонизираната вода винаги е по-чиста от дестилираната вода.

Как работи дейонизацията?

Има два основни метода за отстраняване на йони от воден разтвор: използването на йонообменни колони и обратна осмоза. Всяка от тези техники има своите плюсове и минуси, както и варианти, които позволяват получаването на различна степен на чистота.

Йонообменни системи

Един от основните начини за дейонизиране на водата е преминаването й през две йонообменни колони: една катионнообменна колона, последвана от друга анионобменна колона. Йонообменната колона се състои от цилиндър, напълнен със смола, през който протича дестилирана вода.

Има два основни класа йонообменни смоли: такива, които обменят катиони (катионобменни смоли) и такива, които обменят аниони (анионобменни смоли).

Катионообменните смоли се състоят от неразтворими твърди вещества, които съдържат киселинни функционални групи, прикрепени към тяхната повърхност. Когато влязат в контакт с вода, те освобождават положителни протони към нея (образувайки хидрониеви йони), оставяйки ги отрицателно заредени. След това този отрицателен заряд привлича и улавя всички други положителни йони, които присъстват във водата на повърхността на смолата.

Крайният ефект е, че смолата премахва от водата всички катиони, които са разтворени като замърсители и ги обменя с хидрониеви йони, които са част от чистата вода.

След отстраняване на всички катиони, полученият разтвор (който в този момент се състои от разтвор, съдържащ смес от дисоциирани киселини) преминава през втора йонообменна колона, в този случай съдържаща анионобменна смола . Тази смола има основни групи на повърхността си, които освобождават хидроксидни йони и улавят всички замърсяващи аниони на повърхността.

След напускане на втората йонообменна колона, всички катиони и аниони, които преди са присъствали във водата, са заменени с хидрониеви и хидроксидни йони, които са част от чистата вода.

По този начин се получава изключително чиста вода със съпротивление от 18 MΩ.cm, най-високата чистота, която може да се получи.

системи за обратна осмоза

Обратната осмоза се състои в прокарване на вода през полупропусклива мембрана от разтвор, концентриран в разтворени вещества, в отделение, съдържащо чиста вода. При нормални условия процесът на осмоза ще върви в обратната посока, тъй като водата винаги се стреми да следва собствения си концентрационен градиент, който преминава от чиста вода (където има максималната възможна концентрация) към разтвора, концентриран в разтворени вещества, където всъщност е вода по-разреден.

Въпреки това, прилагането на налягане, по-голямо от осмотичното налягане на разтвора, може да забави и в крайна сметка да обърне посоката на нетния поток от водни молекули през полупропускливата мембрана. Именно на това явление се основава дейонизацията с обратна осмоза.

Обратната осмоза е по-енергийно ефективен процес от дестилацията; той също предлага предимството да не се изискват сложни и замърсяващи процеси за синтеза и възстановяването на йонообменни смоли. Въпреки това, той има недостатъка, че полупропускливите мембрани са много деликатни и могат да бъдат много скъпи. В допълнение, те изискват използването на натиск, който може да бъде много висок, и оборудване и съоръжения, които не са много достъпни.

От друга страна, тези мембрани позволяват водата да бъде филтрирана на молекулярно ниво, избягвайки преминаването на всички йони, но също така и на всяко голямо молекулярно разтворено вещество и, очевидно, на всички вируси и бактерии, стига мембраната да поддържа своите физически почтеност по време на вашата операция.

Подобно на дейонизираната вода чрез йонообменни колони, обратната осмоза позволява да се получи ултра-чиста вода от 18 MΩ.cm, особено ако процесът на филтриране се извърши два или повече пъти.

Кога се използва дестилирана вода и кога дейонизирана?

Както може да се види, дестилираната вода и дейонизираната вода се различават по отношение на процеса на получаване, по отношение на крайната й чистота и по отношение на видовете примеси, които все още могат да присъстват след пречистване.

Дестилираната вода може да се използва при приготвянето на някои продукти за консумация от човека, като например различни видове напитки. Използва се и като разтворител в химическата промишленост, в случаите, когато химичните реакции не са чувствителни към присъствието на йони в разтвора.

Има обаче приложения, които не позволяват дори най-малкото присъствие на йони във водата. Например, по време на производството на полупроводници трябва да се поддържа много строг контрол върху наличието на определени метални катиони, тъй като те силно влияят на работата на крайния продукт.

Във фармацевтичната индустрия свръхчистата вода се използва и като разтворител, за да се избегне замърсяването на лекарствата с йони или други вещества, които могат да повлияят на ефективността на лекарствата.

Друго много често приложение на дейонизирана вода е в производството на батерии, като например оловно-киселинните батерии, използвани в повечето автомобили с вътрешно горене. Това е така, защото повечето от йоните, които могат да присъстват в дестилирана вода или друга по-малко чиста форма на вода, реагират със сярната киселина в електролита, образувайки неразтворими соли и по този начин допринасяйки за необратимото сулфатиране на батериите.

И накрая, всички аналитични техники, които се използват за изследване на състава на водата или на различни разтвори, изискват използването на дейонизирана вода, за да се избегне замърсяването на пробите със същите йони, които по-късно ще бъдат анализирани.

Препратки

• Lenntech BV (nd-a). Дейонизирана/деминерализирана вода . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/desmineralizada/agua-desionizada-desmineralizada.htm
• Lenntech BV (nd-b). проводимост на водата . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm
• Wasserlab. (n.d.). Общи положения за пречистената вода . Wasserlab.Com. https://www.wasserlab.com/gestor/recursos/uploads/02.3%20Generalidades%20sobre%20al%20Agua%20purificada.pdf
• Valdivia M., RY, Pedro V., S., Laurel G., M. (2010). ВОДА ЗА ИЗПОЛЗВАНЕ В ЛАБОРАТОРИИ . Научно-технически бюлетин INIMET, (1). 3-10. Извлечено от https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf