IONS ÉCHANGEURS D'

L'équilibre

Au total, deux ions en solution au contact d'une résine susceptible de les échanger se partagent entre la résine et la solution jusqu'à l'établissement d'un équilibre reproductible et indépendant du sens dans lequel ont lieu les échanges. Mais ils ne se partagent pas de façon égale ; on dit que la résine présente une différence d' affinité pour les deux ions. Celui qui passe en plus grande proportion dans la résine a la plus grande affinité. En comparant le comportement, deux à deux, des différents ions avec une résine déterminée, on peut les classer par ordre d'affinités relatives. Un certain nombre de règles semi-empiriques peuvent être énoncées.

Pour les résines sulfonate, l'affinité pour un cation augmente avec la charge de celui-ci :

Pour différents cations de même charge et appartenant à une même famille du point de vue chimique, les résines sulfonate marquent une préférence pour les ions solvatés dont les rayons sont les plus petits, par exemple :

La solvatation varie en effet en sens inverse du rayon cristallographique ; ainsi, dans un cristal, le rayon du lithium est plus petit que celui du sodium, tandis qu'en solution dans l'eau le cation Li⁺ est entouré d'un cortège de molécules d'eau plus important que le cation Na⁺, et le rayon de Li(H₂O)⁺_m est supérieur à celui de Na(H₂O)⁺_p.

Pour les résines échangeuses d'anions du type ammonium quaternaire, la charge des anions exerce un effet similaire au précédent, ainsi que la taille pour une famille homogène telle que les ions halogénures :

Pour les résines carboxylate, aminodiacétate, phosphonate, N-méthylglucaminium, etc., à l'échange des ions libres se superpose une réaction de formation de complexes avec les groupements fonctionnels de la résine. Ce phénomène est prépondérant, et on observe une similitude entre les ordres d'affinité des résines et les ordres de stabilité des complexes formés en solution entre les mêmes espèces et des composés organiques solubles possédant une structure analogue à celle du groupement échangeur, par exemple l'anion éthylène-diamine-tétracétae ( EDTA) et la résine aminodiacétate ; pour cette résine, on a l'ordre :

(ordre exactement inverse de celui de la résine sulfonate et qui traduit l'accroissement de stabilité des complexes du césium au lithium) :

La résine marque une nette préférence très marquée pour les cations (métaux lourds, alcalino-terreux) qui donnent des complexes stables par rapport à ceux, alcalins, très peu stables.

Avec une résine telle que le N-méthyl-glucaminium, la fixation du bore est une réaction pratiquement spécifique mettant en jeu deux chaînes glucidiques pour un ion borate B(OH)^-₄ avec formation du complexe représenté par la formule de la figure. On peut ainsi récupérer le bore dans des milieux très variés avec un excellent rendement.

Soit la réaction d'échange de deux ions A et B entre une résine et une solution :

K^A_B est la constante d'équilibre, les quantités entre crochets représentent les activités de A et B dans la résine et dans la solution. En fait, les activités dans la résine sont difficilement accessibles, et il est plus commode d'utiliser les concentrations dans les deux phases ; K^A_B est[...]