Diferența dintre apa distilată și apa deionizată

Purificarea substanțelor chimice este un proces de mare importanță pentru majoritatea aplicațiilor sale tehnologice, precum și pentru cercetarea științifică. Există multiple tehnici de separare și purificare care depind de tipul de substanțe amestecate și de gradul de puritate care se dorește a fi obținut. În cazul apei, două metode comune de purificare sunt distilarea și deionizarea. Aceste două moduri de purificare a apei dau naștere la apă distilată și respectiv apă deionizată.

În secțiunile următoare vom acoperi diferențele dintre aceste două „prezentări” ale celei mai abundente substanțe de pe planeta Pământ, cum sunt obținute și ce aplicații necesită utilizarea uneia sau a celeilalte.

Măsurarea purității apei

Înainte de a discuta despre procesele de purificare a apei trebuie să clarificăm un punct important legat de măsurarea purității respective. Apa suferă o reacție numită autoprotoliză, în care o moleculă de apă elimină un proton dintr-o alta, prima acționând ca bază, iar cea de-a doua acționând ca un acid.

Reacția în cauză este:

Această reacție este reversibilă și are asociată o constantă de echilibru de 10 ^-14 , ceea ce implică faptul că, în absența altor substanțe chimice dizolvate, va exista aceeași concentrație de ioni de hidroniu și hidroxid de 10 ^-7 M.

Deoarece aceștia sunt singurii ioni prezenți în apa pură și deoarece concentrația lor este atât de scăzută, apa pură este un izolator electric și are o rezistivitate electrică foarte mare. Prezența oricărei impurități care poate disocia sau afecta echilibrul anterior (cum ar fi prezența unui acid sau a unei baze, de exemplu) va determina inevitabil o creștere a concentrației de ioni în soluție, ceea ce va crește conductivitatea apei și , prin urmare, crește concentrația de ioni în soluție.De aceea, rezistivitatea acesteia va scădea.

În consecință, putem folosi rezistivitatea apei (sau conductivitatea acesteia, deși rezistivitatea este mai convenabilă) ca măsură directă a purității acesteia. În funcție de metoda de purificare folosită, rezistivitatea apei este aproape întotdeauna de ordinul unităților sau zecilor de MΩ.cm.

Ce este apa distilată?

Apa distilată este apa care a fost purificată prin procesul de distilare . Aceasta este apă care are un grad bun de puritate, lipsită de majoritatea virușilor și bacteriilor, precum și a celor mai multe substanțe dizolvate ionice precum sărurile și alte minerale care pot fi dizolvate din diferite motive în apa de la robinet.

Cum funcționează distilarea?

Distilarea este una dintre cele mai comune proceduri de purificare a substanțelor lichide. Constă în separarea fizică a două sau mai multe substanțe pe baza diferenței dintre presiunile lor de vapori și punctele de fierbere.

Acest proces constă în încălzirea unui lichid (în cazul nostru, apă impură) până la punctul său de fierbere într-un recipient închis. Apoi, aburul este condus printr-un sistem de conducte sau conducte către un sistem care îl răcește pentru a-l condensa din nou (condensatorul), după care apa lichidă nou condensată este stocată într-un alt recipient separat de proba de apă impură.

Distilarea este un proces de purificare eficient din punct de vedere energetic. Este nevoie de multă energie pentru a evapora cantități mari de apă și, deși o parte din această energie poate fi recuperată în timpul condensului, se pierde mult.

Cât de pură este apa distilată?

Deși distilarea este un proces foarte eficient pentru îndepărtarea majorității impurităților, în special a celor nevolatile, cum ar fi sărurile și multe substanțe dizolvate moleculare, este inadecvată pentru îndepărtarea substanțelor volatile precum alcoolii și alți compuși organici precum trihalometanii (cloroform, iodoform și ceilalți). ). Aceste substanțe volatile se evaporă și se condensează împreună cu apa, persistând în ea după distilare.

În plus, apa distilată mai poate conține anumite cantități de ioni, altele decât hidroniu și hidroxid. Principala sursă de ioni din apa distilată provine din soluția de dioxid de carbon (CO ₂ ) provenită din atmosferă, care reacționează cu apa devenind acid carbonic, care la rândul său se disociază conform următoarei ecuații:

Orice probă de apă expusă în atmosferă va ajunge în cele din urmă la echilibrul cu CO ₂ și va conține aproximativ 10 ^-6 concentrații molare de ioni de bicarbonat și hidroniu, precum și mai puțini ioni de hidroxid decât apa pură.

Pe de altă parte, contactul cu aburul și apa lichidă fierbinte poate favoriza eliberarea unor cantități mici de contaminanți din recipientele în care este stocată apa distilată și din conductele prin care este transportată. În consecință, pot exista diverși ioni și alte substanțe chimice încă prezente în apa distilată ca impurități.

În consecință, apa distilată are în general o rezistivitate de aproximativ 1 MΩ.cm. Aceasta înseamnă că are o concentrație de ioni de aproximativ 10 ori mai mare decât cea a apei complet pure. Deși acest lucru este neglijabil pentru majoritatea aplicațiilor, există unele care nu pot tolera nici măcar aceste niveluri de impurități.

Ce este apa deionizată?

După cum sugerează și numele, apa deionizată este apa care a fost purificată printr-un proces de deionizare, care nu este altceva decât îndepărtarea selectivă a cationilor și anionilor, alții decât cei prezenți în apa pură . Exista diferite grade de deionizare care se pot realiza prin diverse metode si care permit obtinerea de apa pura sau apa ultrapura, diferentiindu-se una de alta in functie de procedeul de purificare folosit si de rezistivitatea produsului final.

Trebuie remarcat faptul că deionizarea apei este un proces care se realizează pentru a purifica în continuare apa distilată. Aceasta înseamnă că, prin definiție, apa deionizată este întotdeauna mai pură decât apa distilată.

Cum funcționează deionizarea?

Există două metode principale de îndepărtare a ionilor dintr-o soluție apoasă: utilizarea coloanelor schimbătoare de ioni și osmoza inversă. Fiecare dintre aceste tehnici are argumentele sale pro și contra, precum și variante care permit obținerea unor grade diferite de puritate.

Sisteme de schimb de ioni

Una dintre principalele modalități de deionizare a apei este trecerea ei prin două coloane schimbătoare de ioni: o coloană de schimb de cationi urmată de o altă coloană de schimb de anioni. O coloană schimbătoare de ioni constă dintr-un cilindru umplut cu o rășină prin care se face să curgă apa distilată.

Există două clase principale de rășini schimbătoare de ioni: cele care schimbă cationi (rășini schimbătoare de cationi) și cele care schimbă anioni (rășini schimbătoare de anioni).

Rășinile schimbătoare de cationi constau din substanțe solide insolubile care conțin grupări funcționale acide atașate la suprafața lor. Când vin în contact cu apa, eliberează protoni pozitivi către aceasta (formând ioni de hidroniu), lăsându-i încărcați negativ. Această sarcină negativă atrage apoi și captează orice alți ioni pozitivi care sunt prezenți în apă pe suprafața rășinii.

Efectul net este că rășina elimină din apă toți cationii care sunt dizolvați ca contaminanți și îi schimbă cu ioni de hidroniu, care fac parte din apa pură.

După ce toți cationii sunt îndepărtați, soluția rezultată (care constă în acest moment dintr-o soluție care conține un amestec de acizi disociați) este trecută printr-o a doua coloană schimbătoare de ioni, în acest caz una care conține o rășină schimbătoare de anioni . Această rășină are grupuri bazice pe suprafața sa care eliberează ioni de hidroxid și captează toți anionii contaminanți de pe suprafață.

După părăsirea celei de-a doua coloane de schimb ionic, toți cationii și anionii prezenți anterior în apă au fost înlocuiți cu ioni de hidroniu și hidroxid care fac parte din apa pură.

In acest fel se obtine apa ultrapura cu o rezistivitate de 18 MΩ.cm, cea mai mare puritate care se poate obtine.

sisteme de osmoză inversă

Osmoza inversă constă în forțarea apei printr-o membrană semipermeabilă dintr-o soluție concentrată în substanțe dizolvate într-un compartiment care conține apă pură. În condiții normale, procesul de osmoză ar merge în direcția opusă, deoarece apa caută întotdeauna să-și urmeze propriul gradient de concentrație, care merge de la apă pură (unde are concentrația maximă posibilă) la soluția concentrată în soluții în care este de fapt apă. mai diluat.

Cu toate acestea, aplicarea unei presiuni mai mari decât presiunea osmotică a unei soluții poate încetini și în cele din urmă inversă direcția fluxului net de molecule de apă prin membrana semipermeabilă. Pe acest fenomen se bazează deionizarea cu osmoză inversă.

Osmoza inversă este un proces mai eficient din punct de vedere energetic decât distilarea; ofera si avantajul de a nu necesita procese complicate si poluante pentru sinteza si recuperarea rasinilor schimbatoare de ioni. Cu toate acestea, are dezavantajul că membranele semipermeabile sunt foarte delicate și pot fi foarte scumpe. În plus, necesită utilizarea unor presiuni care pot fi foarte mari și echipamente și instalații care nu sunt foarte accesibile.

Pe de altă parte, aceste membrane permit filtrarea apei la nivel molecular, evitând trecerea tuturor ionilor, dar și a oricărui dizolvat molecular mare și, evident, a tuturor virusurilor și bacteriilor, atâta timp cât membrana își menține fizic. integritate în timpul operațiunii dumneavoastră.

Asemenea apei deionizate prin coloanele schimbătoare de ioni, osmoza inversă permite obținerea apei ultrapure de 18 MΩ.cm, mai ales dacă procesul de filtrare este efectuat de două sau mai multe ori.

Când se folosește apa distilată și când este deionizată?

După cum se poate observa, apa distilată și apa deionizată diferă în ceea ce privește procesul de obținere, în ceea ce privește puritatea sa finală și în ceea ce privește tipurile de impurități care pot fi încă prezente după purificare.

Apa distilată poate fi folosită la prepararea unor produse destinate consumului uman, cum ar fi diferite tipuri de băuturi. De asemenea, este folosit ca solvent în industria chimică, în acele cazuri în care reacțiile chimice nu sunt sensibile la prezența ionilor în soluție.

Cu toate acestea, există aplicații care nu permit nici cea mai mică prezență a ionilor în apă. De exemplu, în timpul fabricării semiconductorilor, trebuie menținut un control foarte strict asupra prezenței anumitor cationi metalici, deoarece aceștia afectează puternic performanța produsului final.

În industria farmaceutică, apa ultrapură este folosită și ca solvent pentru a evita contaminarea medicamentelor cu ioni sau alte substanțe care pot afecta eficacitatea medicamentelor.

O altă aplicație foarte comună a apei deionizate este în fabricarea bateriilor, cum ar fi bateriile cu plumb-acid utilizate în majoritatea automobilelor cu ardere internă. Acest lucru se datorează faptului că majoritatea ionilor care pot fi prezenți în apa distilată sau în orice altă formă de apă mai puțin pură reacționează cu acidul sulfuric din electrolit, formând săruri insolubile și contribuind astfel la sulfatarea ireversibilă a bateriilor.

În fine, toate tehnicile analitice care se folosesc pentru studierea compoziției apei sau a diferitelor soluții necesită utilizarea apei deionizate pentru a evita contaminarea probelor cu aceiași ioni care vor fi ulterior analizați.

Referințe

• Lenntech BV (nd-a). Apa deionizata/demineralizata . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/desmineralizada/agua-desionizada-desmineralizada.htm
• Lenntech BV (nd-b). conductivitatea apei . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm
• Wasserlab. (n.d.). Generalități despre apa purificată . 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). APA PENTRU UTILIZARE IN LABORATOARE . Buletinul Tehnic Științific INIMET, (1). 3-10. Preluat de la https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf