증류수와 탈이온수의 차이점

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화학 물질의 정제는 과학 연구뿐만 아니라 대부분의 기술 응용 분야에서 매우 중요한 과정입니다. 혼합 물질의 유형과 얻고자 하는 순도에 따라 다양한 분리 및 정제 기술이 있습니다. 물의 경우 두 가지 일반적인 정화 방법은 증류와 탈이온화입니다. 물을 정화하는 이 두 가지 방법은 각각 증류수와 탈이온수를 생성합니다.

다음 섹션에서 우리는 행성 지구에서 가장 풍부한 물질에 대한 이 두 가지 “제시”의 차이점, 그것들을 얻는 방법 및 어떤 응용 프로그램에 둘 중 하나를 사용해야 하는지에 대해 다룰 것입니다.

물의 순도 측정

정수 공정을 논의하기 전에 앞서 언급한 순도 측정과 관련된 중요한 사항을 명확히 해야 합니다. 물은 한 물 분자가 다른 물 분자에서 양성자를 제거하는 자가 단백질 분해(autoprotolysis)라는 반응을 겪습니다. 전자는 염기로 작용하고 후자는 산으로 작용합니다.

문제의 반응은 다음과 같습니다.

증류수와 탈이온수

반응은 가역적 이며 10 -14 의 관련 평형 상수를 가지며 , 이는 다른 용해된 화학 물질이 없을 때 동일한 농도의 10 -7 M 하이드로늄 및 수산화물 이온 이 있음을 의미합니다 .

이들은 순수한 물에 존재하는 유일한 이온이고 농도가 매우 낮기 때문에 순수한 물은 전기 절연체이며 전기 저항이 매우 높습니다. 이전 평형을 해리하거나 영향을 줄 수 있는 불순물의 존재(예: 산 또는 염기의 존재)는 필연적으로 용액의 이온 농도를 증가시켜 물의 전도도를 증가시키고 따라서 용액의 이온 농도를 높이면 저항이 감소합니다.

결과적으로 물의 저항률(또는 저항률이 더 편리하긴 하지만 전도성)을 순도의 직접적인 척도로 사용할 수 있습니다. 사용되는 정화 방법에 따라 물의 저항률은 거의 항상 단위 또는 수십 MΩ.cm 정도입니다.

증류수란?

증류수는 증류 과정을 통해 정제된 물입니다 . 이것은 수돗물에 다양한 이유로 용해될 수 있는 염 및 기타 미네랄과 같은 대부분의 이온성 용질뿐만 아니라 대부분의 바이러스 및 박테리아가 없는 순도가 좋은 물입니다.

증류는 어떻게 작동합니까?

증류는 액체 물질을 정제하는 가장 일반적인 절차 중 하나입니다. 증기압과 끓는점의 차이에 따라 둘 이상의 물질을 물리적으로 분리하는 것으로 구성됩니다.

이 과정은 밀폐된 용기에서 액체(우리의 경우 불순한 물)를 끓는점까지 가열하는 것으로 구성됩니다. 그런 다음 증기는 덕트 또는 파이프 시스템을 통해 이를 냉각하여 다시 응축하는 시스템(응축기)으로 전달되고, 그 후 새로 응축된 액체 물은 불순물 샘플과 다른 별도의 용기에 저장됩니다.

증류는 에너지 효율적인 정제 공정입니다. 많은 양의 물을 증발시키는 데는 많은 에너지가 필요하며, 이 에너지 중 일부는 응축 중에 회수할 수 있지만 많은 양이 손실됩니다.

증류수는 얼마나 순수합니까?

증류는 대부분의 불순물, 특히 염 및 많은 분자 용질과 같은 비휘발성 불순물을 제거하는 데 매우 효과적인 공정이지만 알코올 및 기타 유기 화합물(예: 트리할로메탄(클로로포름, 요오도포름 및 기타 ). 이러한 휘발성 물질은 물과 함께 증발 및 응축되어 증류 후에도 물에 남아 있습니다.

이 외에도 증류수에는 하이드로늄 및 수산화물 이온 이외의 특정 양의 이온이 여전히 포함될 수 있습니다. 증류수 내 이온의 주요 공급원 은 대기에서 나오는 이산화탄소(CO 2 ) 용액에서 나오며, 이 용액은 물과 반응하여 탄산이 되고 다음 방정식에 따라 해리됩니다.

증류수와 탈이온수

대기에 노출된 모든 물 샘플은 결국 CO 2와 평형에 도달 하고 약 10 -6 몰 농도의 중탄산염 및 하이드로늄 이온을 포함할 뿐만 아니라 순수한 물보다 적은 수산화물 이온을 포함합니다.

한편, 증기 및 뜨거운 액체 물과의 접촉은 증류수가 저장되는 용기와 증류수가 수송되는 파이프라인에서 소량의 오염 물질 방출을 촉진할 수 있습니다. 결과적으로 증류수에 불순물로 여전히 존재하는 다양한 이온 및 기타 화학 물질이 있을 수 있습니다.

결과적으로 증류수는 일반적으로 약 1 MΩ.cm의 비저항을 가집니다. 이것은 완전히 순수한 물보다 약 10배 더 많은 이온 농도를 가지고 있음을 의미합니다. 이것은 대부분의 응용 분야에서 무시할 수 있지만 이러한 수준의 불순물도 허용할 수 없는 일부 응용 프로그램이 있습니다.

탈이온수란?

탈이온수는 그 이름에서 알 수 있듯이 순수한 물에 존재하는 양이온과 음이온 이외의 양이온과 음이온을 선택적으로 제거하는 어떤 탈이온화 공정에 의해 정제된 물입니다 . 다양한 방법으로 달성할 수 있고 순수 또는 초순수를 얻을 수 있는 다양한 수준의 탈이온화가 있으며 사용된 정제 절차 및 최종 제품의 저항률에 따라 구별됩니다.

물의 탈이온화는 증류수를 더 정제하기 위해 수행되는 과정이라는 점에 유의해야 합니다. 이것은 정의에 따라 탈이온수가 항상 증류수보다 더 순수하다는 것을 의미합니다.

탈 이온화는 어떻게 작동합니까?

수용액에서 이온을 제거하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 이온 교환 컬럼을 사용하는 것과 역삼투압을 사용하는 것입니다. 이러한 각 기술에는 장단점이 있을 뿐만 아니라 다양한 수준의 순도를 얻을 수 있는 변형이 있습니다.

이온 교환 시스템

물을 탈이온화하는 주요 방법 중 하나는 물을 두 개의 이온 교환 컬럼에 통과시키는 것입니다. 하나는 양이온 교환 컬럼이고 다른 하나는 음이온 교환 컬럼입니다. 이온 교환 컬럼은 증류수가 흐르도록 하는 수지로 채워진 실린더로 구성됩니다.

이온 교환 수지에는 양이온을 교환하는 것(양이온 교환 수지)과 음이온을 교환하는 것(음이온 교환 수지)의 두 가지 주요 부류가 있습니다.

양이온 교환 수지는 표면에 부착된 산성 작용기를 포함하는 불용성 고체 물질로 구성됩니다 . 물과 접촉하면 양의 양성자를 방출하여(하이드로늄 이온 형성) 음전하를 띠게 됩니다. 이 음전하는 수지 표면의 물에 존재하는 다른 양이온을 끌어당겨 포획합니다.

순수한 효과는 수지는 오염 물질로 용해된 모든 양이온을 물에서 제거하고 순수한 물의 일부인 하이드로늄 이온으로 교환한다는 것입니다.

모든 양이온이 제거된 후 생성된 용액(이 시점에서 해리된 산의 혼합물을 포함하는 용액으로 구성됨)은 두 번째 이온 교환 컬럼(이 경우에는 음이온 교환 수지를 포함하는 컬럼)을 통과 합니다 . 이 수지는 표면에 수산화물 이온을 방출하고 표면의 모든 오염 음이온을 포착하는 염기성 그룹을 가지고 있습니다.

두 번째 이온 교환 컬럼을 떠난 후 이전에 물에 존재했던 모든 양이온과 음이온은 순수한 물의 일부인 하이드로늄 및 수산화물 이온으로 대체되었습니다.

이렇게 하여 얻을 수 있는 가장 높은 순도인 18 MΩ.cm의 비저항을 갖는 초순수를 얻습니다.

역삼투압 시스템

역삼투는 용질이 농축된 용액에서 순수한 물이 들어 있는 구획으로 물을 반투과성 막을 통해 밀어내는 것으로 구성됩니다. 정상적인 조건에서 삼투 과정은 반대 방향으로 진행됩니다. 왜냐하면 물은 항상 자신의 농도 구배를 따르려고 하기 때문입니다. 순수한 물(가능한 최대 농도가 있는 곳)에서 실제로 물이 있는 용질에 농축된 용액으로 이동합니다. 더 희석.

그러나 용액의 삼투압보다 큰 압력을 가하면 속도가 느려지고 궁극적으로 반투막을 가로지르는 물 분자의 순 흐름 방향이 역전될 수 있습니다. 역삼투 탈이온화가 기반이 되는 것은 바로 이 현상입니다.

역삼투는 증류보다 더 에너지 효율적인 공정입니다. 또한 이온 교환 수지의 합성 및 회수를 위해 복잡하고 오염을 유발하는 공정이 필요하지 않다는 이점을 제공합니다. 그러나 반투막은 매우 섬세하고 매우 비쌀 수 있다는 단점이 있습니다. 또한 매우 높은 압력과 접근하기 어려운 장비 및 시설을 사용해야 합니다.

다른 한편으로, 이 막은 물이 분자 수준에서 여과되도록 하여 모든 이온의 통과를 방지할 뿐만 아니라 모든 큰 분자 용질과 분명히 모든 바이러스와 박테리아의 통과를 막습니다. 작업 중 무결성.

이온 교환 컬럼을 통한 탈이온수와 마찬가지로 역삼투압은 특히 여과 과정을 2회 이상 수행할 경우 18 MΩ.cm의 초순수를 얻을 수 있습니다.

증류수는 언제 사용되며 언제 탈이온화됩니까?

보시다시피 증류수와 탈이온수는 그것을 얻는 과정, 최종 순도, 정제 후에도 여전히 남아 있을 수 있는 불순물의 유형이 다릅니다.

증류수는 다양한 종류의 음료와 같이 사람이 소비하는 일부 제품을 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 화학 반응이 용액 내 이온의 존재에 민감하지 않은 경우 화학 산업에서 용매로 사용됩니다.

그러나 물에 이온이 조금이라도 존재하는 것을 허용하지 않는 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 반도체를 제조하는 동안 특정 금속 양이온의 존재에 대해 매우 엄격한 통제가 유지되어야 합니다. 이는 최종 제품의 성능에 큰 영향을 미치기 때문입니다.

제약 산업에서 초순수는 약물의 효과에 영향을 줄 수 있는 이온이나 기타 물질로 약물이 오염되는 것을 방지하기 위한 용매로도 사용됩니다.

탈이온수의 또 다른 매우 일반적인 응용 분야는 대부분의 내연 자동차에 사용되는 납산 배터리와 같은 배터리 제조입니다. 이것은 증류수 또는 다른 덜 순수한 형태의 물에 존재할 수 있는 대부분의 이온이 전해질의 황산과 반응하여 불용성 염을 형성하여 배터리의 비가역적 황산화에 기여하기 때문입니다.

마지막으로, 물 또는 다른 용액의 구성을 연구하는 데 사용되는 모든 분석 기술은 나중에 분석할 동일한 이온으로 샘플을 오염시키는 것을 방지하기 위해 탈이온수를 사용해야 합니다.

참조

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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