Lo scambio ionico è un'operazione unitaria in cui si manifesta il trasferimento di ioni tra due elettroliti oppure tra un elettrolita e un complesso. Spesso il termine è utilizzato per denotare il processo di purificazione, separazione e decontaminazione di soluzioni acquose (o altre soluzioni contenenti ioni) ad opera di solidi polimerici o "scambiatori di ioni" di origine minerale.
Tipici scambiatori di ioni sono:
- resine a scambio ionico, che sono costituite da polimeri ad alta porosità ricchi di gruppi funzionali[1], talvolta sotto forma di gel
- zeoliti naturali e permutiti (o "setacci molecolari")
- montmorillonite
- argilla
- humus.
Gli scambiatori ionici si distinguono in cationici, anionici, e anfoteri, a seconda che scambino rispettivamente ioni caricati positivamente, ioni caricati negativamente, o entrambi. Gli scambiatori anfoteri sono poco utilizzati, in quanto si ottiene una maggiore efficienza rispetto alle resine anfotere in letti misti dove siano presenti scambiatori anionici e cationici contemporaneamente, oppure in un trattamento in due stadi attraverso un letto di scambiatori anionici seguito da un letto di scambiatori cationici (o viceversa).
Tipici gruppi che possono legarsi agli scambiatori ionici sono:
- ioni H+(idrogenione) e OH-(ossidrile)
- ioni di atomi con una carica singola, come Na+, K+ e Cl-
- ioni di atomi con doppia carica, come Ca2+ e Mg2+
- ioni poliatomici inorganici, come SO42- e PO43-
- basi di natura organica, ad esempio contenenti il gruppo funzionale -NR2H+
- acidi organici, ad esempio contenenti il gruppo funzionale -COO−
- biomolecole ionizzabili, ad esempio amminoacidi, peptidi e proteine
Lo scambio ionico è un processo reversibile, e lo scambiatore ionico può essere "rigenerato", ovvero "caricato" di ioni tramite lavaggio con soluzioni contenenti gli ioni stessi.
- ^ Si dice che la resina è "funzionalizzata".