陽イオン交換樹脂・陰イオン交換樹脂（作り方・原理・反応式など）

【プロ講師解説】このページでは『陽イオン交換樹脂・陰イオン交換樹脂（作り方や原理・反応式など）』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。

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。

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、イオン交換樹脂をつくることができる。

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。

カラムと呼ばれる円筒形の管に陽イオン交換樹脂（R-SO₃^–H⁺）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（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、塩酸や水酸化ナトリウム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。

問１

【】に当てはまる用語を答えよ。

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【１】という。また、このような作用を行う物質を【２】という。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：【１】イオン交換【２】イオン交換樹脂