Skillnaden mellan destillerat vatten och avjoniserat vatten

Rening av kemiska ämnen är en process av stor betydelse för de flesta av dess tekniska tillämpningar, såväl som för vetenskaplig forskning. Det finns flera separations- och reningstekniker som beror på typen av blandade ämnen och graden av renhet som man önskar uppnå. När det gäller vatten är två vanliga reningsmetoder destillation och avjonisering. Dessa två sätt att rena vatten ger upphov till destillerat vatten respektive avjoniserat vatten.

I följande avsnitt kommer vi att täcka skillnaderna mellan dessa två ”presentationer” av det vanligaste ämnet på planeten jorden, hur de erhålls och vilka tillämpningar som kräver användning av det ena eller det andra.

Mätning av vattnets renhet

Innan vi diskuterar vattenreningsprocesserna måste vi klargöra en viktig punkt relaterad till mätningen av nämnda renhet. Vatten genomgår en reaktion som kallas autoprotolys, där en vattenmolekyl tar bort en proton från en annan, den förra fungerar som en bas och den senare fungerar som en syra.

Reaktionen i fråga är:

Denna reaktion är reversibel och har en associerad jämviktskonstant på 10 ^-14 , vilket innebär att i frånvaro av andra lösta kemikalier kommer det att finnas samma koncentration av 10 ^-7 M hydronium- och hydroxidjoner.

Eftersom dessa är de enda joner som finns i rent vatten, och eftersom deras koncentration är så låg, är rent vatten en elektrisk isolator och har en mycket hög elektrisk resistivitet. Närvaron av någon förorening som kan dissociera eller påverka den tidigare jämvikten (såsom närvaron av en syra eller en bas, till exempel) kommer oundvikligen att orsaka en ökning av koncentrationen av joner i lösning, vilket kommer att öka ledningsförmågan hos vattnet och Öka därför koncentrationen av joner i lösningen, därför kommer dess resistivitet att minska.

Följaktligen kan vi använda vattenresistiviteten (eller dess ledningsförmåga, även om resistiviteten är bekvämare) som ett direkt mått på dess renhet. Beroende på vilken reningsmetod som används är vattenresistiviteten nästan alltid i storleksordningen enheter eller tiotals MΩ.cm.

Vad är destillerat vatten?

Destillerat vatten är vatten som har renats genom destillationsprocessen . Detta är vatten som har en bra renhetsgrad, fritt från de flesta virus och bakterier, samt de flesta joniska ämnen som salter och andra mineraler som av olika anledningar kan lösas i kranvatten.

Hur fungerar destillation?

Destillation är en av de vanligaste metoderna för att rena flytande ämnen. Den består av fysisk separation av två eller flera ämnen baserat på skillnaden mellan deras ångtryck och kokpunkter.

Denna process består av att värma en vätska (i vårt fall orent vatten) till dess kokpunkt i en sluten behållare. Sedan leds ångan genom ett system av kanaler eller rör till ett system som kyler den för att kondensera den igen (kondensorn), varefter det nykondenserade flytande vattnet lagras i en annan separat behållare från det orena vattenprovet.

Destillation är en energieffektiv reningsprocess. Det krävs mycket energi för att förånga stora mängder vatten, och även om en del av denna energi kan återvinnas vid kondensering går mycket förlorat.

Hur rent är destillerat vatten?

Även om destillation är en mycket effektiv process för att ta bort de flesta föroreningar, särskilt icke-flyktiga sådana som salter och många molekylära lösta ämnen, är den otillräcklig för att avlägsna flyktiga ämnen som alkoholer och andra organiska föreningar som trihalometaner (kloroform, jodoform och de andra) ). Dessa flyktiga ämnen avdunstar och kondenserar tillsammans med vattnet och kvarstår i det efter destillation.

Utöver detta kan destillerat vatten fortfarande innehålla vissa mängder andra joner än hydronium- och hydroxidjoner. Den huvudsakliga jonkällan i destillerat vatten kommer från koldioxidlösningen (CO ₂ ) som kommer från atmosfären, som reagerar med att vattnet blir till kolsyra, som i sin tur dissocierar enligt följande ekvation:

Varje prov av vatten som exponeras för atmosfären kommer så småningom att nå jämvikt med CO ₂ och innehålla cirka 10-6 ^molära koncentrationer av bikarbonat- och hydroniumjoner, samt färre hydroxidjoner än rent vatten.

Å andra sidan kan kontakt med ånga och hett flytande vatten främja frigörandet av små mängder föroreningar från behållarna där det destillerade vattnet förvaras och från rörledningarna genom vilka det transporteras. Följaktligen kan det finnas olika joner och andra kemikalier kvar i det destillerade vattnet som föroreningar.

Följaktligen har destillerat vatten i allmänhet en resistivitet på cirka 1 MΩ.cm. Detta innebär att den har en koncentration av joner som är cirka 10 gånger högre än den för helt rent vatten. Även om detta är försumbart för de flesta applikationer, finns det några som inte kan tolerera ens dessa nivåer av föroreningar.

Vad är avjoniserat vatten?

Som namnet antyder är avjoniserat vatten vatten som har renats genom någon avjoniseringsprocess, vilket inte är något annat än selektivt avlägsnande av andra katjoner och anjoner än de som finns i rent vatten . Det finns olika grader av avjonisering som kan uppnås med olika metoder och som gör det möjligt att erhålla rent vatten eller ultrarent vatten, som särskiljer den ena från den andra baserat på reningsförfarandet som används och slutproduktens resistivitet.

Det bör noteras att avjonisering av vatten är en process som utförs för att ytterligare rena destillerat vatten. Det betyder att avjoniserat vatten per definition alltid är renare än destillerat vatten.

Hur fungerar avjonisering?

Det finns två huvudsakliga metoder för att avlägsna joner från en vattenlösning: användningen av jonbytarkolonner och omvänd osmos. Var och en av dessa tekniker har sina för- och nackdelar, såväl som varianter som gör att olika grader av renhet kan erhållas.

Jonbytessystem

Ett av de viktigaste sätten att avjonisera vatten är att passera det genom två jonbytarkolonner: en katjonbytarkolonn följt av en annan anjonbytarkolonn. En jonbytarkolonn består av en cylinder fylld med ett harts genom vilket destillerat vatten får strömma.

Det finns två huvudklasser av jonbytarhartser: de som byter katjoner (katjonbytarhartser) och de som byter anjoner (anjonbytarhartser).

Katjonbytarhartser består av olösliga fasta ämnen som innehåller sura funktionella grupper fästa vid deras yta. När de kommer i kontakt med vatten släpper de positiva protoner mot det (bildar hydroniumjoner), vilket lämnar dem negativt laddade. Denna negativa laddning attraherar och fångar sedan upp alla andra positiva joner som finns i vattnet på hartsens yta.

Nettoeffekten är att hartset tar bort alla katjoner som är lösta som föroreningar från vattnet och byter ut dem mot hydroniumjoner, som ingår i det rena vattnet.

Efter att alla katjoner har avlägsnats passerar den resulterande lösningen (som vid denna tidpunkt består av en lösning innehållande en blandning av dissocierade syror) genom en andra jonbytarkolonn, i detta fall en som innehåller ett anjonbytarharts . Detta harts har basiska grupper på sin yta som frigör hydroxidjoner och fångar upp alla kontaminerande anjoner på ytan.

Efter att ha lämnat den andra jonbytarkolonnen har alla katjoner och anjoner som tidigare fanns i vattnet ersatts av hydronium- och hydroxidjoner som ingår i det rena vattnet.

På så sätt erhålls ultrarent vatten med en resistivitet på 18 MΩ.cm, den högsta renheten som kan erhållas.

system för omvänd osmos

Omvänd osmos består av att tvinga vatten genom ett semipermeabelt membran från en lösning koncentrerad i lösta ämnen till ett fack som innehåller rent vatten. Under normala förhållanden skulle osmosprocessen gå i motsatt riktning, eftersom vatten alltid försöker följa sin egen koncentrationsgradient, som går från rent vatten (där det har högsta möjliga koncentration) till lösningen koncentrerad i lösta ämnen där vatten det faktiskt finns mer utspädd.

Appliceringen av ett tryck som är större än det osmotiska trycket i en lösning kan dock sakta ner och slutligen vända riktningen för nettoflödet av vattenmolekyler över det semipermeabla membranet. Det är detta fenomen som avjonisering med omvänd osmos bygger på.

Omvänd osmos är en mer energieffektiv process än destillation; det erbjuder också fördelen av att inte kräva komplicerade och förorenande processer för syntes och återvinning av jonbytarhartser. Det har dock nackdelen att semipermeabla membran är mycket ömtåliga och kan vara mycket dyra. Dessutom kräver de användning av tryck som kan vara mycket höga och utrustning och anläggningar som inte är särskilt tillgängliga.

Å andra sidan tillåter dessa membran att vattnet filtreras på molekylär nivå, vilket undviker passage av alla joner, men också av alla stora molekylära lösta ämnen och, uppenbarligen, av alla virus och bakterier, så länge som membranet bibehåller sin fysiska integritet under din verksamhet.

Liksom avjoniserat vatten genom jonbytarkolonner tillåter omvänd osmos att ultrarent vatten på 18 MΩ.cm erhålls, speciellt om filtreringsprocessen utförs två eller flera gånger.

När används destillerat vatten och när avjoniseras?

Som kan ses skiljer sig destillerat vatten och avjoniserat vatten i termer av processen för att erhålla det, i termer av dess slutliga renhet, och i termer av de typer av föroreningar som fortfarande kan finnas kvar efter rening.

Destillerat vatten kan användas vid beredning av vissa produkter för mänsklig konsumtion, såsom olika typer av drycker. Det används också som lösningsmedel i den kemiska industrin, i de fall där kemiska reaktioner inte är känsliga för närvaron av joner i lösning.

Det finns dock applikationer som inte tillåter ens den minsta närvaron av joner i vattnet. Till exempel, under tillverkningen av halvledare, måste en mycket strikt kontroll upprätthållas över förekomsten av vissa metallkatjoner, eftersom dessa starkt påverkar prestandan hos slutprodukten.

Inom läkemedelsindustrin används även ultrarent vatten som lösningsmedel för att undvika kontaminering av läkemedel med joner eller andra ämnen som kan påverka läkemedels effektivitet.

En annan mycket vanlig tillämpning av avjoniserat vatten är vid tillverkning av batterier, såsom blybatterier som används i de flesta förbränningsbilar. Detta beror på att de flesta joner som kan finnas i destillerat vatten eller någon annan mindre ren form av vatten reagerar med svavelsyran i elektrolyten och bildar olösliga salter och därmed bidrar till den irreversibla sulfateringen av batterier.

Slutligen kräver alla analystekniker som används för att studera sammansättningen av vatten eller olika lösningar användning av avjoniserat vatten för att undvika kontaminering av proverna med samma joner som senare kommer att analyseras.

Referenser

• Lenntech BV (nd-a). Avjoniserat/avmineraliserat vatten . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/desmineralizada/agua-desionizada-desmineralizada.htm
• Lenntech BV (nd-b). vattens ledningsförmåga . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm
• Wasserlab. (n.d.). Allmänt om renat vatten . 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). VATTEN FÖR ANVÄNDNING I LABORATORIER . INIMET Scientific Technical Bulletin, (1). 3-10. Hämtad från https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf