Sự khác biệt giữa nước cất và nước khử ion

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Việc tinh chế các chất hóa học là một quá trình có tầm quan trọng lớn đối với hầu hết các ứng dụng công nghệ của nó, cũng như cho nghiên cứu khoa học. Có nhiều kỹ thuật tách và tinh chế phụ thuộc vào loại chất hỗn hợp và mức độ tinh khiết mong muốn thu được. Trong trường hợp nước, hai phương pháp tinh chế phổ biến là chưng cất và khử ion. Hai cách làm sạch nước này lần lượt tạo ra nước cất và nước khử ion.

Trong các phần tiếp theo, chúng tôi sẽ đề cập đến sự khác biệt giữa hai “bản trình bày” này của chất có nhiều nhất trên hành tinh Trái đất, cách thu được chúng và những ứng dụng nào yêu cầu sử dụng chất này hay chất kia.

Đo độ tinh khiết của nước

Trước khi thảo luận về các quy trình lọc nước, chúng ta phải làm rõ một điểm quan trọng liên quan đến phép đo độ tinh khiết nói trên. Nước trải qua một phản ứng gọi là tự phân giải, trong đó một phân tử nước loại bỏ một proton khỏi một phân tử khác, phân tử nước trước đóng vai trò là bazơ và phân tử nước sau đóng vai trò là axit.

Phản ứng trong câu hỏi là:

Nước cất so với nước khử ion

Phản ứng này có thể đảo ngược và có hằng số cân bằng liên quan là 10 -14 , điều này ngụ ý rằng, trong trường hợp không có các hóa chất hòa tan khác, sẽ có cùng nồng độ của các ion hydroni và hydroxit là 10 -7 M.

Vì đây là những ion duy nhất có trong nước tinh khiết và vì nồng độ của chúng quá thấp nên nước tinh khiết là chất cách điện và có điện trở suất rất cao. Sự hiện diện của bất kỳ tạp chất nào có thể phân ly hoặc ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng trước đó (chẳng hạn như sự hiện diện của axit hoặc bazơ chẳng hạn) chắc chắn sẽ gây ra sự gia tăng nồng độ ion trong dung dịch, điều này sẽ làm tăng độ dẫn điện của nước và , do đó làm tăng nồng độ các ion trong dung dịch nên điện trở suất của dung dịch sẽ giảm.

Do đó, chúng ta có thể sử dụng điện trở suất của nước (hoặc độ dẫn điện của nó, mặc dù điện trở suất thuận tiện hơn) làm thước đo trực tiếp độ tinh khiết của nó. Tùy thuộc vào phương pháp tinh chế được sử dụng, điện trở suất của nước hầu như luôn theo thứ tự đơn vị hoặc hàng chục MΩ.cm.

Nước cất là gì?

Nước cất là nước đã được tinh chế qua quá trình chưng cất . Đây là nước có độ tinh khiết tốt, không chứa hầu hết các loại vi rút và vi khuẩn, cũng như hầu hết các chất hòa tan ion như muối và các khoáng chất khác có thể hòa tan trong nước máy vì những lý do khác nhau.

Làm thế nào để chưng cất làm việc?

Chưng cất là một trong những quy trình phổ biến nhất để tinh chế các chất lỏng. Nó bao gồm sự phân tách vật lý của hai hay nhiều chất dựa trên sự chênh lệch giữa áp suất hơi và điểm sôi của chúng.

Quá trình này bao gồm làm nóng chất lỏng (trong trường hợp của chúng tôi là nước không tinh khiết) đến điểm sôi của nó trong một bình chứa kín. Sau đó, hơi nước được dẫn qua hệ thống ống dẫn hoặc ống dẫn đến hệ thống làm lạnh để ngưng tụ lại (bình ngưng tụ), sau đó nước lỏng mới ngưng tụ được chứa trong một thùng chứa riêng biệt khác với mẫu nước không tinh khiết.

Chưng cất là một quá trình thanh lọc năng lượng hiệu quả. Cần rất nhiều năng lượng để làm bay hơi một lượng lớn nước, và mặc dù một số năng lượng này có thể được phục hồi trong quá trình ngưng tụ, nhưng phần lớn năng lượng này bị mất đi.

Nước cất tinh khiết như thế nào?

Mặc dù chưng cất là một quá trình rất hiệu quả để loại bỏ hầu hết các tạp chất, đặc biệt là những chất không bay hơi như muối và nhiều chất hòa tan phân tử, nhưng nó không đủ để loại bỏ các chất dễ bay hơi như rượu và các hợp chất hữu cơ khác như trihalomethanes (chloroform, iodoform, v.v.) ). Các chất dễ bay hơi này bay hơi và ngưng tụ cùng với nước, tồn tại trong nước sau khi chưng cất.

Ngoài ra, nước cất vẫn có thể chứa một lượng ion nhất định ngoài các ion hydroni và hydroxit. Nguồn ion chính trong nước cất đến từ dung dịch carbon dioxide (CO 2 ) đến từ khí quyển, phản ứng với nước trở thành axit carbonic, từ đó phân ly theo phương trình sau:

Nước cất so với nước khử ion

Bất kỳ mẫu nước nào tiếp xúc với khí quyển cuối cùng sẽ đạt trạng thái cân bằng với CO 2 và chứa nồng độ khoảng 10 -6 mol ion bicacbonat và hydronium, cũng như ít ion hydroxit hơn nước tinh khiết.

Mặt khác, việc tiếp xúc với hơi nước và nước lỏng nóng có thể thúc đẩy giải phóng một lượng nhỏ chất gây ô nhiễm từ các thùng chứa nước cất và từ các đường ống vận chuyển nước qua đó. Do đó, có thể có nhiều ion và hóa chất khác vẫn còn trong nước cất dưới dạng tạp chất.

Do đó, nước cất thường có điện trở suất khoảng 1 MΩ.cm. Điều này ngụ ý rằng nó có nồng độ ion lớn hơn khoảng 10 lần so với nước hoàn toàn tinh khiết. Mặc dù điều này là không đáng kể đối với hầu hết các ứng dụng, nhưng có một số ứng dụng không thể chịu đựng được ngay cả những mức độ tạp chất này.

Nước khử ion là gì?

Như tên gọi của nó, nước khử ion là nước đã được tinh chế bằng một số quy trình khử ion, không gì khác hơn là loại bỏ có chọn lọc các cation và anion không phải là những chất có trong nước tinh khiết . Có nhiều mức độ khử ion khác nhau có thể đạt được bằng nhiều phương pháp khác nhau và cho phép thu được nước tinh khiết hoặc nước siêu tinh khiết, phân biệt loại này với loại khác dựa trên quy trình tinh chế được sử dụng và điện trở suất của sản phẩm cuối cùng.

Cần lưu ý rằng quá trình khử ion của nước là một quá trình được thực hiện để làm sạch thêm nước cất. Điều này có nghĩa là, theo định nghĩa, nước khử ion luôn tinh khiết hơn nước cất.

Quá trình khử ion hoạt động như thế nào?

Có hai phương pháp chính để loại bỏ các ion khỏi dung dịch nước: sử dụng cột trao đổi ion và thẩm thấu ngược. Mỗi kỹ thuật này đều có ưu và nhược điểm, cũng như các biến thể cho phép thu được các mức độ tinh khiết khác nhau.

hệ thống trao đổi ion

Một trong những cách chính để khử ion nước là cho nước đi qua hai cột trao đổi ion: một cột trao đổi cation theo sau là một cột trao đổi anion khác. Cột trao đổi ion bao gồm một xi lanh chứa đầy nhựa thông qua đó nước cất được tạo ra để chảy qua.

Có hai loại nhựa trao đổi ion chính: loại trao đổi cation (nhựa trao đổi cation) và loại trao đổi anion (nhựa trao đổi anion).

Nhựa trao đổi cation bao gồm các chất rắn không hòa tan có chứa các nhóm chức axit gắn trên bề mặt của chúng. Khi chúng tiếp xúc với nước, chúng giải phóng các proton dương về phía nó (tạo thành các ion hydronium), khiến chúng tích điện âm. Điện tích âm này sau đó thu hút và bắt giữ bất kỳ ion dương nào khác có trong nước trên bề mặt nhựa.

Hiệu quả cuối cùng là nhựa loại bỏ khỏi nước tất cả các cation được hòa tan dưới dạng chất gây ô nhiễm và trao đổi chúng với các ion hydronium, là một phần của nước tinh khiết.

Sau khi loại bỏ tất cả các cation, dung dịch thu được (tại thời điểm này bao gồm dung dịch chứa hỗn hợp các axit đã phân ly) được đưa qua cột trao đổi ion thứ hai, trong trường hợp này cột chứa nhựa trao đổi anion . Loại nhựa này có các nhóm cơ bản trên bề mặt giải phóng các ion hydroxit và thu giữ tất cả các anion gây ô nhiễm trên bề mặt.

Sau khi rời khỏi cột trao đổi ion thứ hai, tất cả các cation và anion trước đó có trong nước đã được thay thế bằng các ion hydronium và hydroxit là một phần của nước tinh khiết.

Bằng cách này, thu được nước siêu tinh khiết với điện trở suất 18 MΩ.cm, độ tinh khiết cao nhất có thể thu được.

hệ thống thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược bao gồm việc buộc nước qua màng bán thấm từ dung dịch cô đặc các chất hòa tan sang ngăn chứa nước tinh khiết. Trong điều kiện bình thường, quá trình thẩm thấu sẽ diễn ra theo hướng ngược lại, vì nước luôn tìm cách tuân theo gradient nồng độ của chính nó, đi từ nước tinh khiết (nơi nó có nồng độ tối đa có thể) đến dung dịch tập trung trong các chất hòa tan mà nó thực sự là nước. loãng hơn.

Tuy nhiên, việc áp dụng áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu của dung dịch có thể làm chậm lại và cuối cùng đảo ngược hướng của dòng chảy ròng của các phân tử nước qua màng bán thấm. Quá trình khử ion thẩm thấu ngược dựa trên hiện tượng này.

Thẩm thấu ngược là một quá trình tiết kiệm năng lượng hơn quá trình chưng cất; nó cũng mang lại lợi ích là không yêu cầu các quy trình phức tạp và gây ô nhiễm để tổng hợp và thu hồi nhựa trao đổi ion. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là màng bán thấm rất tinh tế và có thể rất đắt. Ngoài ra, họ yêu cầu sử dụng áp lực có thể rất cao và thiết bị và phương tiện không dễ tiếp cận.

Mặt khác, các màng này cho phép nước được lọc ở cấp độ phân tử, tránh sự đi qua của tất cả các ion, cũng như của bất kỳ chất hòa tan phân tử lớn nào và rõ ràng là của tất cả vi-rút và vi khuẩn, miễn là màng duy trì tính chất vật lý của nó. toàn vẹn trong quá trình hoạt động của bạn.

Giống như nước được khử ion qua các cột trao đổi ion, thẩm thấu ngược cho phép thu được nước siêu tinh khiết 18 MΩ.cm, đặc biệt nếu quá trình lọc được thực hiện từ hai lần trở lên.

Khi nào nước cất được sử dụng và khi khử ion?

Như có thể thấy, nước cất và nước khử ion khác nhau về quy trình thu được, về độ tinh khiết cuối cùng và về các loại tạp chất vẫn có thể có sau khi tinh chế.

Nước cất có thể được sử dụng để pha chế một số sản phẩm cho con người, chẳng hạn như các loại đồ uống khác nhau. Nó cũng được sử dụng làm dung môi trong công nghiệp hóa chất, trong những trường hợp phản ứng hóa học không nhạy cảm với sự hiện diện của các ion trong dung dịch.

Tuy nhiên, có những ứng dụng không cho phép sự hiện diện dù là nhỏ nhất của các ion trong nước. Ví dụ, trong quá trình sản xuất chất bán dẫn, phải duy trì sự kiểm soát rất nghiêm ngặt đối với sự có mặt của một số cation kim loại, vì chúng ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

Trong ngành công nghiệp dược phẩm, nước siêu tinh khiết cũng được sử dụng làm dung môi để tránh nhiễm bẩn thuốc với các ion hoặc các chất khác có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của thuốc.

Một ứng dụng rất phổ biến khác của nước khử ion là sản xuất pin, chẳng hạn như pin axit-chì được sử dụng trong hầu hết các loại ô tô đốt trong. Điều này là do hầu hết các ion có thể có trong nước cất hoặc bất kỳ dạng nước kém tinh khiết nào khác phản ứng với axit sunfuric trong chất điện phân, tạo thành muối không hòa tan và do đó góp phần vào quá trình sunfat hóa không thể đảo ngược của pin.

Cuối cùng, tất cả các kỹ thuật phân tích được sử dụng để nghiên cứu thành phần của nước hoặc của các dung dịch khác nhau đều yêu cầu sử dụng nước khử ion để tránh làm nhiễm bẩn các mẫu với cùng các ion sẽ được phân tích sau này.

Người giới thiệu

-Quảng cáo-

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

Artículos relacionados