Forskjellen mellom destillert vann og avionisert vann

Rensing av kjemiske stoffer er en prosess av stor betydning for de fleste av dens teknologiske anvendelser, så vel som for vitenskapelig forskning. Det finnes flere separasjons- og renseteknikker som avhenger av typen blandede stoffer og renhetsgraden som ønskes oppnådd. Når det gjelder vann, er to vanlige rensemetoder destillasjon og avionisering. Disse to måtene å rense vann på gir opphav til henholdsvis destillert vann og avionisert vann.

I de følgende avsnittene vil vi dekke forskjellene mellom disse to «presentasjonene» av det mest tallrike stoffet på planeten Jorden, hvordan de oppnås og hvilke applikasjoner som krever bruk av det ene eller det andre.

Måler renheten til vannet

Før vi diskuterer vannrenseprosessene, må vi avklare et viktig punkt knyttet til måling av nevnte renhet. Vann gjennomgår en reaksjon som kalles autoprotolyse, der ett vannmolekyl fjerner et proton fra et annet, førstnevnte fungerer som en base og sistnevnte fungerer som en syre.

Reaksjonen det er snakk om er:

Denne reaksjonen er reversibel og har en assosiert likevektskonstant på 10 ^-14 , noe som innebærer at i fravær av andre oppløste kjemikalier vil det være samme konsentrasjon av 10 ^-7 M hydronium- og hydroksidioner.

Siden disse er de eneste ionene som finnes i rent vann, og siden deres konsentrasjon er så lav, er rent vann en elektrisk isolator og har en veldig høy elektrisk resistivitet. Tilstedeværelsen av enhver urenhet som kan dissosiere eller påvirke den forrige likevekten (som for eksempel tilstedeværelsen av en syre eller en base) vil uunngåelig føre til en økning i konsentrasjonen av ioner i løsningen, noe som vil øke ledningsevnen til vannet og Øk derfor konsentrasjonen av ioner i løsningen.Derfor vil dens resistivitet reduseres.

Følgelig kan vi bruke resistiviteten til vann (eller dets ledningsevne, selv om resistiviteten er mer praktisk) som et direkte mål på dets renhet. Avhengig av rensemetoden som brukes, er resistiviteten til vann nesten alltid i størrelsesorden enheter eller titalls MΩ.cm.

Hva er destillert vann?

Destillert vann er vann som har blitt renset gjennom destillasjonsprosessen . Dette er vann som har en god renhetsgrad, fritt for de fleste virus og bakterier, samt de fleste ioniske oppløste stoffer som salter og andre mineraler som av ulike årsaker kan løses i springvann.

Hvordan fungerer destillasjon?

Destillasjon er en av de vanligste prosedyrene for å rense flytende stoffer. Den består av fysisk separasjon av to eller flere stoffer basert på forskjellen mellom deres damptrykk og kokepunkt.

Denne prosessen består i å varme opp en væske (i vårt tilfelle urent vann) til kokepunktet i en lukket beholder. Deretter ledes dampen gjennom et system av kanaler eller rør til et system som avkjøler den for å kondensere den igjen (kondensatoren), hvoretter det nylig kondenserte flytende vannet lagres i en annen separat beholder fra den urene vannprøven.

Destillasjon er en energieffektiv renseprosess. Det krever mye energi å fordampe store mengder vann, og selv om noe av denne energien kan gjenvinnes under kondensering, går mye tapt.

Hvor rent er destillert vann?

Selv om destillasjon er en svært effektiv prosess for å fjerne de fleste urenheter, spesielt ikke-flyktige slike som salter og mange molekylære oppløste stoffer, er den utilstrekkelig for å fjerne flyktige stoffer som alkoholer og andre organiske forbindelser som trihalometaner (kloroform, jodoform og de andre). ). Disse flyktige stoffene fordamper og kondenserer sammen med vannet, og forblir i det etter destillasjon.

I tillegg til dette kan destillert vann fortsatt inneholde visse mengder andre ioner enn hydronium- og hydroksidioner. Hovedkilden til ioner i destillert vann kommer fra karbondioksid (CO ₂ ) løsningen som kommer fra atmosfæren, som reagerer med at vannet blir til karbonsyre, som igjen dissosieres i henhold til følgende ligning:

Enhver prøve av vann som eksponeres for atmosfæren vil til slutt nå likevekt med CO ₂ og inneholde ca. 10 ^-6 molare konsentrasjoner av bikarbonat- og hydroniumioner, samt færre hydroksidioner enn rent vann.

På den annen side kan kontakt med damp og varmt flytende vann fremme frigjøring av små mengder forurensninger fra beholderne der det destillerte vannet er lagret og fra rørledningene som det transporteres gjennom. Følgelig kan det fortsatt være forskjellige ioner og andre kjemikalier tilstede i det destillerte vannet som urenheter.

Følgelig har destillert vann generelt en resistivitet på ca. 1 MΩ.cm. Dette innebærer at den har en konsentrasjon av ioner rundt 10 ganger større enn konsentrasjonen til helt rent vann. Selv om dette er ubetydelig for de fleste bruksområder, er det noen som ikke tåler selv disse nivåene av urenheter.

Hva er avionisert vann?

Som navnet antyder, er avionisert vann vann som har blitt renset ved en eller annen avioniseringsprosess, som ikke er noe annet enn selektiv fjerning av andre kationer og anioner enn de som finnes i rent vann . Det er forskjellige grader av avionisering som kan oppnås med forskjellige metoder og som gjør det mulig å oppnå rent vann eller ultrarent vann, og skiller den ene fra den andre basert på renseprosedyren som brukes og motstanden til sluttproduktet.

Det skal bemerkes at avionisering av vann er en prosess som utføres for ytterligere å rense destillert vann. Dette betyr at avionisert vann per definisjon alltid er renere enn destillert vann.

Hvordan fungerer avionisering?

Det er to hovedmetoder for å fjerne ioner fra en vandig løsning: bruk av ionebytterkolonner og omvendt osmose. Hver av disse teknikkene har sine fordeler og ulemper, samt varianter som gjør det mulig å oppnå ulike grader av renhet.

Ionebyttersystemer

En av de viktigste måtene å avionisere vann på er å føre det gjennom to ionebytterkolonner: en kationbytterkolonne etterfulgt av en annen anionbytterkolonne. En ionebytterkolonne består av en sylinder fylt med en harpiks som destillert vann får strømme gjennom.

Det er to hovedklasser av ionebytterharpikser: de som bytter kationer (kationbytterharpikser) og de som bytter anioner (anionbytterharpikser).

Kationbytterharpikser består av uløselige faste stoffer som inneholder sure funksjonelle grupper festet til overflaten. Når de kommer i kontakt med vann, frigjør de positive protoner mot det (danner hydroniumioner), og etterlater dem negativt ladet. Denne negative ladningen tiltrekker seg og fanger opp eventuelle andre positive ioner som er tilstede i vannet på overflaten av harpiksen.

Nettoeffekten er at harpiksen fjerner fra vannet alle kationer som er oppløst som forurensninger og bytter dem ut med hydroniumioner, som er en del av det rene vannet.

Etter at alle kationer er fjernet, føres den resulterende løsningen (som på dette tidspunktet består av en løsning som inneholder en blanding av dissosierte syrer) gjennom en andre ionebytterkolonne, i dette tilfellet en som inneholder en anionbytterharpiks . Denne harpiksen har grunnleggende grupper på overflaten som frigjør hydroksidioner og fanger opp alle forurensende anioner på overflaten.

Etter å ha forlatt den andre ionebytterkolonnen er alle kationene og anionene som tidligere fantes i vannet erstattet med hydronium- og hydroksidioner som er en del av det rene vannet.

På denne måten oppnås ultrarent vann med en resistivitet på 18 MΩ.cm, den høyeste renheten som kan oppnås.

omvendt osmose systemer

Omvendt osmose består av å tvinge vann gjennom en semipermeabel membran fra en løsning konsentrert i oppløste stoffer inn i et rom som inneholder rent vann. Under normale forhold vil osmoseprosessen gå i motsatt retning, siden vann alltid søker å følge sin egen konsentrasjonsgradient, som går fra rent vann (hvor det har størst mulig konsentrasjon) til løsningen konsentrert i oppløste stoffer der vann det faktisk er. mer fortynnet.

Påføring av et trykk som er større enn det osmotiske trykket til en løsning kan imidlertid bremse og til slutt snu retningen til nettostrømmen av vannmolekyler over den semipermeable membranen. Det er dette fenomenet omvendt osmose avionisering er basert på.

Omvendt osmose er en mer energieffektiv prosess enn destillasjon; det gir også fordelen ved ikke å kreve kompliserte og forurensende prosesser for syntese og utvinning av ionebytterharpikser. Imidlertid har det den ulempen at semipermeable membraner er svært ømfintlige og kan være svært kostbare. I tillegg krever de bruk av trykk som kan være svært høye og utstyr og fasiliteter som er lite tilgjengelig.

På den annen side lar disse membranene vannet filtreres på et molekylært nivå, og unngår passasje av alle ioner, men også av alle store molekylære oppløste stoffer og, selvsagt, av alle virus og bakterier, så lenge membranen opprettholder sin fysiske integritet under operasjonen.

Som avionisert vann gjennom ionebytterkolonner, gjør omvendt osmose det mulig å oppnå ultrarent vann på 18 MΩ.cm, spesielt hvis filtreringsprosessen utføres to eller flere ganger.

Når brukes destillert vann og når deioniseres?

Som man kan se, skiller destillert vann og avionisert vann seg med hensyn til prosessen for å oppnå det, når det gjelder den endelige renheten, og når det gjelder typene urenheter som fortsatt kan være tilstede etter rensing.

Destillert vann kan brukes i tilberedning av enkelte produkter til konsum, for eksempel forskjellige typer drikker. Det brukes også som løsningsmiddel i den kjemiske industrien, i de tilfellene der kjemiske reaksjoner ikke er følsomme for tilstedeværelsen av ioner i løsning.

Imidlertid er det applikasjoner som ikke tillater selv den minste tilstedeværelse av ioner i vannet. For eksempel, under fremstilling av halvledere, må det opprettholdes en svært streng kontroll over tilstedeværelsen av visse metallkationer, siden disse sterkt påvirker ytelsen til sluttproduktet.

I farmasøytisk industri brukes også ultrarent vann som løsemiddel for å unngå forurensning av legemidler med ioner eller andre stoffer som kan påvirke effektiviteten til legemidler.

En annen veldig vanlig anvendelse av avionisert vann er ved produksjon av batterier, slik som bly-syre-batterier som brukes i de fleste forbrenningsbiler. Dette er fordi de fleste ionene som kan være tilstede i destillert vann eller annen mindre ren form for vann reagerer med svovelsyren i elektrolytten, og danner uløselige salter og dermed bidrar til irreversibel sulfatering av batterier.

Til slutt krever alle analyseteknikkene som brukes for å studere sammensetningen av vann eller ulike løsninger bruk av avionisert vann for å unngå å forurense prøvene med de samme ionene som senere skal analyseres.

Referanser

• Lenntech BV (nd-a). Avionisert/demineralisert vann . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/desmineralizada/agua-desionizada-desmineralizada.htm
• Lenntech BV (nd-b). ledningsevne av vann . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm
• Wasserlab. (n.d.). Generelt om renset vann . 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). VANN TIL BRUK I LABORATORIER . INIMET Scientific Technical Bulletin, (1). 3-10. Hentet fra https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf