IONS ÉCHANGEURS D'

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Résines échangeuses d'ions

Actuellement, on utilise presque exclusivement des hauts polymères comportant un réseau hydrocarboné sur lequel sont greffés des groupements fonctionnels ionisés ou ionisables qui confèrent à la résine la propriété d'échangeur.

Le type le plus important est constitué d'un copolymère de styrène et de divinylbenzène dont la structure est représentée schématiquement sur la figure. La présence de divinylbenzène, qui crée des « ponts » entre les chaînes linéaires de polystyrène, est indispensable et constitue l'« invention » de D'Alelio, car le polystyrène linéaire, s'il est insoluble dans l'eau, devient soluble une fois fixés les groupements fonctionnels sulfonate −SO-3. En revanche, le copolymère, bien que perméable, est rigoureusement insoluble. De très nombreuses installations industrielles de traitement des eaux par ces résines fonctionnent depuis des décennies, avec des pertes en résine sulfonate négligeables.

Résines du type sulfonate

Dessin : Résines du type sulfonate

Structure des résines échangeuses d'ions du type sulfonate. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

On distingue deux catégories de résines selon le signe de la charge portée par le groupement fonctionnel ionisé, lié à la résine.

Dans les résines échangeuses de cations, les groupements fonctionnels ionisés sont des anions :

– sulfonate − SO-3 ;

– carboxylate − CO-2 ;

– aminodiacétate −N(CH2CO-2)2 ;

– phosphonate − PO2-3 ;

– amidoxine −C(NH2)(NOH) ;

– aminophosphonate

−CH2−NH−CH2−PO32- ;

– thiol −SH.

Dans les résines échangeuses d'anions, ce sont des cations :

– triméthylammonium −N(CH3)+3 ;

– diméthylhydroxyéthylammonium :

– amines tertiaire et secondaire (qui ne sont ionisées qu'en milieu acide), par exemple :

– N-méthylglucamine, résine échangeuse d'anions, spécifique du bore par la chaîne sorbitol fixée sur le groupement aminé :

Les résines oxydoréductrices sont des résines qui comportent un groupement capable de réaliser une oxydation ou une réduction. On connaît, par exemple, une résine à groupements hydroquinone capable de réduire l'oxygène dissous dans l'eau (lequel est responsable de la corrosion des alliages ferreux). Pour être hydrophiles, ces résines comportent également des groupements fonctionnels ionisés, en général cationiques, de sorte qu'elles sont aussi échangeuses d'anions. La structure d'une telle résine est représentée par la figure.

Hydroquinone et triméthylammonium

Dessin : Hydroquinone et triméthylammonium

Résine à la fois oxydoréductrice (hydroquinone) et échangeuses d'anions (triméthylammonium). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

On peut considérer qu'il existe, à l'intérieur d'un grain de résine humide, une solution dont le soluté est constitué par les groupements fonctionnels. Ainsi, dans le cas d'une résine sulfonate sous forme H+, les anions SO-3 sont fixes, liés à la résine, et les protons H+ sont libres de se déplacer à l'intérieur du grain, mais ne peuvent le quitter, l'intérieur du grain devant rester électriquement neutre globalement (en conséquence, l'eau extérieure n'est pas acide).

Grain de résine

Diaporama : Grain de résine

La solution à l'intérieur d'un grain de résine (a) ; échange du cation H+ par le cation Na+ (b). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Une quantité donnée de résine contient un nombre déterminé de groupements fonctionnels, nombre qui exprime sa capacité d'échange. Les unités les plus utilisées pour mesurer ces capacités sont le milliéquivalent par gramme et le milliéquivalent par millilitre. Le milliéquivalent (meq) par gramme s'applique à la résine séchée, sous une forme et dans des conditions bien définies. Par exemple, on dira d'une résine sulfonate qu'elle a une capacité de 5 meq/g de résine pesée sous forme H+ après séchage à poids constant à 110 0C. Ainsi, 1 g de résine peut fixer 5 millimoles de H+, 2,5 millimoles d'un cation bivalent tel que Ca2+, Mn2+, etc. C'est la grandeur la plus reproductible et la plus utilisée au laboratoire.

Le milliéquivalent par millilitre de résine humide, c'est-à-dire gonflée d'eau, est une grandeur moins reproductible que la précédente, mais plus commode pour évaluer la capacité d'une installation de volume donné.

Le tableau rassemble quelques valeurs de capacité d'échange. Elles montrent que l'intérieur des résines humides équivaut à des solutions très concentrées, plusieurs fois molaires en général.

Polymères macroporeux

Tableau : Polymères macroporeux

Représentation schématique d'un copolymère de styrène et de divinylbenzène macroporeux. A : partie très fortement réticulée, imperméable au solvant. B : couche de copolymère peu réticulé, pouvant être gonflée par le solvant ; c'est là que se produisent les échanges entre la... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Le pourcentage de divinylbenzène du copolymère est appelé taux de pontage. On le désigne par la lettre X suivie de la valeur de ce pourcentage. Une résine X8 par exemple a un réseau macromoléculaire renfermant 8 p. 100 de divinylbenzène. Pratiquement, ce taux de pontage est compris entre 4 et 12. La quantité d'eau absorbée par une résine est d'autant plus faible que le réseau macromoléculaire est plus serré, donc que le taux de pontage est plus grand. Un taux de pontage d'au moins 8 p. 100 est nécessaire pour avoir un polymère suffisamment rigide. Mais l'augmentation [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 10 pages

Médias de l’article

Résines du type sulfonate

Résines du type sulfonate
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Hydroquinone et triméthylammonium

Hydroquinone et triméthylammonium
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Grain de résine

Grain de résine
Crédits : Encyclopædia Universalis France

diaporama

Polymères macroporeux

Polymères macroporeux
Crédits : Encyclopædia Universalis France

tableau

Afficher les 13 médias de l'article


Écrit par :

  • : docteur ès sciences, professeur à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles, Paris, ingénieur, École supérieure de physique et de chimie industrielles

Classification

Autres références

«  IONS ÉCHANGEURS D'  » est également traité dans :

CADMIUM

  • Écrit par 
  • Alexandre TRICOT
  •  • 8 049 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Production de l'éponge de cadmium »  : […] L'élaboration du zinc s'opère suivant deux voies métallurgiques : la voie sèche, désignée plus spécialement par « extraction par voie thermique » ou « pyrométallurgie », et la voie humide, le plus souvent désignée par « hydrométallurgie ». Les minerais sulfurés de zinc – les blendes – sont concentrés à la mine par flottation (laveries) et livrés aux usines métallurgiques du zinc sous une forme pul […] Lire la suite

CHROMATOGRAPHIE

  • Écrit par 
  • Robert ROSSET, 
  • Louis SAVIDAN, 
  • Alain TCHAPLA
  •  • 16 961 mots
  •  • 8 médias

Dans le chapitre « Chromatographie liquide sur résines échangeuses d'ions ou chromatographie ionique »  : […] On peut également faire appel, en chromatographie, à des phénomènes d'échanges chimiques, pourvu qu'ils soient, comme les échanges physiques précités, réversibles, et qu'ils aient lieu entre deux systèmes physiquement non miscibles. Tel est le cas des réactions d'échange d'ions entre solutions et résines. [Il s'agit de silices greffées par des chaînes hydrocarbonées fonctionnalisées par des group […] Lire la suite

EAU - Dessalement de l'eau de mer

  • Écrit par 
  • Cyrille GOMELLA, 
  • Bernard LEGUBE
  •  • 3 178 mots
  •  • 11 médias

Dans le chapitre « L'électrodialyse à membranes sélectives »  : […] Le procédé utilise la mobilité des ions d'un électrolyte soumis à un champ électrique. Les anions sont transférés vers l'anode, les cations vers la cathode ; le transfert des charges électriques est effectué par les ions qui se déchargent sur les électrodes. Le dessalement proprement dit est assuré par la mise en place de membranes de deux sortes jouant le rôle de « clapets ioniques », les membra […] Lire la suite

ÉLECTRODES SPÉCIFIQUES

  • Écrit par 
  • Robert ROSSET
  •  • 219 mots

Il existe des interfaces entre deux solutions électrolytiques telles que seul un ion donné puisse franchir ces interfaces. Il en est ainsi avec une membrane sélective, perméable à un seul type d'ion. Il s'établit alors entre les deux faces de la membrane une différence de potentiel qui est reliée à l'activité de l'ion considéré par une loi de type nernstien. C'est cette idée qui est à la base des […] Lire la suite

INTERFACES

  • Écrit par 
  • Simone BOUQUET, 
  • Jean-Paul LANGERON
  •  • 8 288 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Équilibre solide-liquide »  : […] Deux possibilités se présentent : ou bien il y a attraction du type force de Van der Waals, ou bien il existe des forces dues à la présence de charges à la surface du solide (effets polaires, effets du type acide-base de Lewis). Ce type d'interaction qui existe entre les surfaces et certains polymères en solution dans les liquides entraîne, au voisinage d'une surface solide, des variations de conc […] Lire la suite

LANTHANE ET LANTHANIDES

  • Écrit par 
  • Concepcion CASCALES, 
  • Patrick MAESTRO, 
  • Pierre-Charles PORCHER, 
  • Regino SAEZ PUCHE
  •  • 11 276 mots
  •  • 18 médias

Dans le chapitre « Extraction liquide-solide »  : […] Dès 1893, Hoffmann et Kruss montrèrent que le gadolinium et l'yttrium pouvaient être séparés par adsorption sélective. On utilise des supports solides (généralement des résines synthétiques), « échangeurs d'ions », qui fixent les terres rares par adsorption physique. Cette technique est peu sélective en raison des affinités voisines de toutes les terres rares. La séparation effective se fait au mo […] Lire la suite

MEMBRANES, transferts

  • Écrit par 
  • Michel RUMEAU
  •  • 5 892 mots
  •  • 10 médias

Dans le chapitre « Membranes ionophores »  : […] On appelle membranes ionophores celles qui comportent des charges électriques et qui sont capables d'échanger des ions de signe contraire à leurs charges fixes. On distingue des membranes perméables aux anions et d'autres perméables aux cations ; il existe également des membranes amphotères, perméables à la fois aux anions et aux cations. […] Lire la suite

SOLS - Physico-chimie

  • Écrit par 
  • Robert BLANCHET
  •  • 1 554 mots
  •  • 1 média

Parmi les constituants des sols, les colloïdes argileux et humiques (cf. argiles , humus ), étroitement associés, possèdent des propriétés d'échange d'anions et surtout de cations comparables à celles des résines échangeuses d'ions (cf. échangeurs d' ions ). La capacité d'échange, le pH et le degré de saturation en cations métalliques de cette capacité d'échange constituent les caractères importan […] Lire la suite

ZÉOLITES

  • Écrit par 
  • Pierre Auguste JACOBS
  •  • 3 543 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Échangeurs de cations »  : […] Chaque fois qu'un ion Si 4+ est substitué dans le réseau zéolitique par un ion A1 3+ , une charge négative est créée qui doit être compensée par des cations échangeables. Le nombre d'ions échangeables détermine la capacité d'échange de cations (C.E.C.). Les zéolites, les plus riches en aluminium dans le réseau, ont une C.E.C. plus élevée. Toutes les applications comme échangeur cationique sont ba […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Robert ROSSET, « IONS ÉCHANGEURS D' », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/echangeurs-d-ions/