はじめに

イオン交換樹脂についてきちんと理解できている高校生は意外と少ない。このページではイオン交換樹脂について作成法や仕組みなどを一から丁寧に解説していく。ぜひこの機会にイオン交換樹脂をマスターして他の受験生と差をつけよう!


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イオン交換樹脂とは

イオンを含む溶液にある物質を触れさせておくと、その物質中のイオンと溶液中のイオンが入れ替わる。この現象をイオン交換という。また、このような作用を行う物質をイオン交換樹脂という。

イオン交換樹脂の作り方

スチレンに少量のp-ジビニルベンゼンを混ぜて共重合させ、立体網目状構造の樹脂を作成する。さらに、ベンゼン環に置換基を導入し、直径が1mm程度のビーズ状に加工すると陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂をつくることができる。

イオン交換樹脂の仕組み

陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂の原理について紹介していく。

陽イオン交換樹脂

カラムと呼ばれる円筒形の管に陽イオン交換樹脂(R-SO3H+)を詰め、そこに上から塩化ナトリウムNaCl水溶液を流す。その結果、水溶液中のNa+は陽イオン交換樹脂中のH+と置き換わって、下から塩酸HClが出てくる。

式で表すと次のようになる。

\[
R-SO_{3}^{-}H^{+}+Na^{+}Cl^{-}⇄R-SO_{3}^{-}Na^{+}+H^{+}Cl^{-}・・・①
\]

陰イオン交換樹脂

陰イオン交換樹脂(R-N+(CH3)3OH)を詰めたカラムにNaCl水溶液を流す。結果、水溶液中のClが陰イオン交換樹脂中のOHと置き換わって、下から水酸化ナトリウムNaOH水溶液が出てくる。

\[
R-N^{+}(CH_{3})_{3}OH^{-}+Na^{+}Cl^{-}⇄R-N^{+}(CH_{3})_{3}Cl^{-}+Na^{+}OH^{-}・・・②
\]

使用後の陽イオン・陰イオン交換樹脂は、HCl水溶液やNaOH水溶液を加えることで①・②の反応を左向きに進めて、再生することができる。

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