Tabla de Contenidos
Kimyasal maddelerin saflaştırılması, bilimsel araştırmaların yanı sıra teknolojik uygulamalarının çoğu için büyük önem taşıyan bir süreçtir. Karışık maddelerin cinsine ve elde edilmek istenen saflık derecesine bağlı olarak birden fazla ayırma ve saflaştırma tekniği vardır. Su söz konusu olduğunda, iki yaygın saflaştırma yöntemi damıtma ve deiyonizasyondur. Suyu arıtmanın bu iki yolu, sırasıyla damıtılmış su ve deiyonize suya yol açar.
Aşağıdaki bölümlerde, Dünya gezegeninde en bol bulunan maddenin bu iki “sunum”u arasındaki farkları, bunların nasıl elde edildiğini ve hangi uygulamaların birinin veya diğerinin kullanılmasını gerektirdiğini ele alacağız.
Suyun saflığının ölçülmesi
Su arıtma işlemlerini tartışmadan önce, söz konusu saflığın ölçümü ile ilgili önemli bir noktayı açıklığa kavuşturmalıyız. Su, otoprotoliz adı verilen bir reaksiyona girer; burada bir su molekülü, diğerinden bir protonu uzaklaştırır; birincisi baz, ikincisi ise asit gibi davranır.
Söz konusu reaksiyon:
Bu reaksiyon tersinirdir ve 10-14’lük bir ilgili denge sabitine sahiptir ; bu, diğer çözünmüş kimyasalların yokluğunda, aynı konsantrasyonda 10-7 M hidronyum ve hidroksit iyonlarının olacağı anlamına gelir .
Saf suda bulunan tek iyonlar bunlar olduğundan ve konsantrasyonları çok düşük olduğundan, saf su bir elektrik yalıtkanıdır ve çok yüksek bir elektrik direncine sahiptir. Ayrışabilen veya önceki dengeyi etkileyebilen herhangi bir safsızlığın varlığı (örneğin bir asit veya bazın varlığı gibi) kaçınılmaz olarak çözeltideki iyon konsantrasyonunda bir artışa neden olacak ve bu da suyun iletkenliğini artıracak ve , bu nedenle çözeltideki iyonların konsantrasyonunu arttırır, bu nedenle özdirenci azalır.
Sonuç olarak, suyun özdirencini (veya özdirenç daha uygun olsa da iletkenliğini) saflığının doğrudan bir ölçüsü olarak kullanabiliriz. Kullanılan arıtma yöntemine bağlı olarak, suyun özdirenci neredeyse her zaman birimler veya onlarca MΩ.cm mertebesindedir.
Damıtılmış su nedir?
Damıtılmış su, damıtma işlemiyle arıtılmış sudur . Bu, iyi bir saflık derecesine sahip, çoğu virüs ve bakterinin yanı sıra musluk suyunda farklı nedenlerle çözülebilen tuzlar ve diğer mineraller gibi iyonik çözünenlerin çoğundan arınmış sudur.
Damıtma nasıl çalışır?
Damıtma, sıvı maddelerin saflaştırılması için en yaygın prosedürlerden biridir. İki veya daha fazla maddenin buhar basınçları ve kaynama noktaları arasındaki farka göre fiziksel olarak ayrılmasından oluşur.
Bu işlem, bir sıvının (bizim durumumuzda saf olmayan su) kapalı bir kapta kaynama noktasına kadar ısıtılmasından oluşur. Daha sonra buhar, bir kanal veya boru sistemi aracılığıyla onu tekrar yoğunlaştırmak için soğutan bir sisteme (yoğuşturucu) iletilir ve ardından yeni yoğunlaştırılmış sıvı su, saf olmayan su örneğinden başka bir ayrı kapta depolanır.
Damıtma, enerji verimli bir saflaştırma işlemidir. Büyük miktarda suyu buharlaştırmak için çok fazla enerji gerekir ve bu enerjinin bir kısmı yoğuşma sırasında geri kazanılabilse de çoğu kaybedilir.
Damıtılmış su ne kadar saftır?
Damıtma, çoğu safsızlığı, özellikle tuzlar ve birçok moleküler çözünen gibi uçucu olmayanları gidermek için çok etkili bir işlem olmasına rağmen, alkoller ve trihalometanlar (kloroform, iyodoform ve diğerleri) gibi diğer organik bileşikler gibi uçucu maddeleri gidermek için yetersizdir. ). Bu uçucu maddeler su ile birlikte buharlaşıp yoğunlaşarak damıtma işleminden sonra su içinde kalırlar.
Buna ek olarak damıtılmış su, hidronyum ve hidroksit iyonları dışında belirli miktarlarda iyonlar da içerebilir. Damıtılmış sudaki ana iyon kaynağı, atmosferden gelen karbon dioksit (CO 2 ) çözeltisinden gelir ve su ile reaksiyona girerek karbonik asit haline gelir ve bu da aşağıdaki denkleme göre ayrışır:
Atmosfere maruz kalan herhangi bir su numunesi sonunda C02 ile dengeye ulaşacak ve yaklaşık 10-6 molar konsantrasyonda bikarbonat ve hidronyum iyonlarının yanı sıra saf sudan daha az hidroksit iyonu içerecektir.
Öte yandan, buhar ve sıcak sıvı su ile temas, damıtılmış suyun depolandığı kaplardan ve taşındığı boru hatlarından az miktarda kirletici maddenin salınmasına neden olabilir. Sonuç olarak, damıtılmış suda hala safsızlık olarak bulunan çeşitli iyonlar ve diğer kimyasallar olabilir.
Sonuç olarak, damıtılmış suyun direnci genellikle yaklaşık 1 MΩ.cm’dir. Bu, tamamen saf sudan yaklaşık 10 kat daha fazla iyon konsantrasyonuna sahip olduğu anlamına gelir. Bu, çoğu uygulama için önemsiz olsa da, bu safsızlık seviyelerine bile tahammül edemeyenler vardır.
Deiyonize su nedir?
Adından da anlaşılacağı gibi, deiyonize su, saf suda bulunanlar dışındaki katyonların ve anyonların seçici olarak uzaklaştırılmasından başka bir şey olmayan bazı deiyonizasyon işlemleriyle arıtılmış sudur . Çeşitli yöntemlerle elde edilebilen ve saf su veya ultra saf su elde edilmesini sağlayan, kullanılan saflaştırma prosedürüne ve son ürünün direncine bağlı olarak birini diğerinden ayıran farklı deiyonize etme dereceleri vardır.
Suyun deiyonize edilmesinin, damıtılmış suyu daha fazla saflaştırmak için gerçekleştirilen bir işlem olduğu belirtilmelidir. Bu, tanım gereği, deiyonize suyun her zaman damıtılmış sudan daha saf olduğu anlamına gelir.
Deiyonizasyon nasıl çalışır?
Sulu bir çözeltiden iyonları uzaklaştırmanın iki ana yöntemi vardır: iyon değiştirme kolonlarının kullanımı ve ters ozmoz. Bu tekniklerin her birinin artıları ve eksileri olduğu gibi, farklı derecelerde saflık elde edilmesini sağlayan varyantları da vardır.
iyon değişim sistemleri
Suyu deiyonize etmenin ana yollarından biri, onu iki iyon değiştirme sütunundan geçirmektir: bir katyon değiştirme sütunu ve ardından başka bir anyon değiştirme sütunu. Bir iyon değiştirme kolonu, içinden damıtılmış suyun aktığı bir reçine ile doldurulmuş bir silindirden oluşur.
İyon değiştirici reçinelerin iki ana sınıfı vardır: katyonları değiştirenler (katyon değiştirici reçineler) ve anyonları değiştirenler (anyon değiştirici reçineler).
Katyon değişim reçineleri, yüzeylerine bağlı asidik fonksiyonel gruplar içeren çözünmez katı maddelerden oluşur . Su ile temasa geçtiklerinde, ona doğru pozitif protonlar salarlar (hidronyum iyonları oluştururlar) ve onları negatif yüklü bırakırlar. Bu negatif yük daha sonra reçinenin yüzeyindeki suda bulunan diğer pozitif iyonları çeker ve yakalar.
Net etki, reçinenin kirletici olarak çözünen tüm katyonları sudan uzaklaştırması ve bunları saf suyun bir parçası olan hidronyum iyonları ile değiştirmesidir.
Tüm katyonlar giderildikten sonra, elde edilen çözelti (bu noktada ayrışmış asitlerin bir karışımını içeren bir çözeltiden oluşur), bu durumda bir anyon değiştirme reçinesi içeren ikinci bir iyon değiştirme kolonundan geçirilir . Bu reçine, yüzeyinde hidroksit iyonlarını serbest bırakan ve yüzeydeki tüm kirletici anyonları yakalayan bazik gruplara sahiptir.
İkinci iyon değiştirme kolonundan çıktıktan sonra, daha önce suda bulunan tüm katyonlar ve anyonlar, saf suyun bir parçası olan hidronyum ve hidroksit iyonları ile yer değiştirmiştir.
Bu sayede elde edilebilecek en yüksek saflık olan 18 MΩ.cm özdirenç ile ultra saf su elde edilir.
ters osmoz sistemleri
Ters ozmoz, suyun yarı geçirgen bir zardan, çözünenlerde konsantre bir çözeltiden saf su içeren bir bölmeye zorlanmasından oluşur. Normal koşullar altında, ozmoz işlemi ters yönde ilerleyecektir, çünkü su her zaman saf sudan (mümkün olan maksimum konsantrasyona sahip olduğu yer) gerçekte suyun olduğu çözünen maddelerde konsantre çözeltiye giden kendi konsantrasyon gradyanını takip etmeye çalışır. daha seyreltilmiş
Bununla birlikte, bir çözeltinin ozmotik basıncından daha yüksek bir basıncın uygulanması, yarı geçirgen zar boyunca su moleküllerinin net akışını yavaşlatabilir ve nihayetinde yönünü tersine çevirebilir. Ters osmoz deiyonizasyonunun dayandığı bu olgudur.
Ters ozmoz, damıtmadan daha fazla enerji verimli bir süreçtir; ayrıca iyon değiştirici reçinelerin sentezi ve geri kazanımı için karmaşık ve kirletici prosesler gerektirmemesi avantajını da sunar. Bununla birlikte, yarı geçirgen zarların çok hassas olmaları ve çok pahalı olabilmeleri dezavantajına sahiptir. Ayrıca, çok yüksek olabilen basınçların ve çok erişilebilir olmayan ekipman ve tesislerin kullanılmasını gerektirirler.
Öte yandan, bu zarlar suyun moleküler düzeyde filtrelenmesine izin vererek, tüm iyonların ve aynı zamanda herhangi bir büyük moleküler çözünen maddenin ve tabii ki zar fiziksel özelliklerini koruduğu sürece tüm virüslerin ve bakterilerin geçişini önler. Operasyonunuz sırasında bütünlük.
İyon değiştirme kolonlarından geçen deiyonize su gibi, ters ozmoz, özellikle filtreleme işlemi iki veya daha fazla kez yapılırsa, 18 MΩ.cm’lik ultra saf su elde edilmesini sağlar.
Damıtılmış su ne zaman kullanılır ve ne zaman deiyonize edilir?
Görüldüğü gibi, damıtılmış su ve deiyonize su, elde edilme süreci, nihai saflığı ve saflaştırmadan sonra hala mevcut olabilecek safsızlık türleri açısından farklılık gösterir.
Damıtılmış su, farklı içecek türleri gibi insan tüketimine yönelik bazı ürünlerin hazırlanmasında kullanılabilir. Kimyasal reaksiyonların çözeltideki iyonların varlığına duyarlı olmadığı durumlarda kimya endüstrisinde çözücü olarak da kullanılır.
Ancak suda en ufak bir iyon varlığına bile izin vermeyen uygulamalar vardır. Örneğin, yarı iletkenlerin üretimi sırasında, nihai ürünün performansını güçlü bir şekilde etkiledikleri için, belirli metal katyonların varlığı üzerinde çok sıkı bir kontrol sürdürülmelidir.
İlaç endüstrisinde, ilaçların etkinliğini etkileyebilecek iyonlar veya diğer maddelerle ilaçların kirlenmesini önlemek için çözücü olarak ultra saf su da kullanılır.
Deiyonize suyun bir başka çok yaygın uygulaması, çoğu içten yanmalı otomobilde kullanılan kurşun asitli piller gibi pillerin imalatındadır. Bunun nedeni, damıtılmış suda veya daha az saf olan herhangi bir su formunda bulunabilen iyonların çoğunun elektrolitteki sülfürik asitle reaksiyona girerek çözünmeyen tuzlar oluşturması ve böylece pillerin geri dönüşü olmayan sülfatlaşmasına katkıda bulunmasıdır.
Son olarak, suyun veya farklı çözeltilerin bileşimini incelemek için kullanılan tüm analitik teknikler, numunelerin daha sonra analiz edilecek aynı iyonlarla kirlenmesini önlemek için deiyonize su kullanılmasını gerektirir.
Referanslar
- Lenntech BV (nd-a). Deiyonize/demineralize su . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/desmineralizada/agua-desionizada-desmineralizada.htm
- Lenntech BV (nd-b). suyun iletkenliği Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm
- Vasserlab. (t.d.). Arıtılmış Su ile ilgili genel bilgiler . 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). LABORATUARLARDA KULLANIM SUYU . INIMET Bilimsel Teknik Bülteni, (1). 3-10. https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf adresinden alındı.
