Experimente:
Versuch 99: Quantitative Demonstration eines sauren Kationenaustauschers
Versuch 100: Quantitative Demonstration eines basischen Anionenaustauschers
Versuch 101: Demonstration der Trennung von MnO₄- und CrO₄-Ionen an Aluminiumoxid

Ionenaustauscher sind im allgemeinen feste Stoffe, die aus einer Elektrolytlösung positive oder negative Ionen aufnehmen und im Austausch dafür eine äquivalente Menge anderer Ionen gleichen Vorzeichens an die Lösung abgeben können. Je nach Vorzeichen der austauschbaren Ionen unterscheidet man Kationenaustauscher oder Anionenaustauscher.

Stark saurer Kationenaustauscher (Amberlite) (Foto: Blume)

Ionenaustauscher bestehen aus einem makromolekularen Gerüst (Matrix), das negativ oder positiv geladene Gruppen (Ankergruppen) trägt. Für jede Ankergruppe enthält der Austauscher aus Gründen der Elektroneutralität eine entsprechende Zahl von Gegen-Ionen.

Aufbau von Ionenaustauschern

Werden Wasserstoff-Ionen abgegeben, so liegt ein saurer Kationenaustauscher vor (-> Versuch 99). Aus dem Austauscher fließt eine Säurelösung.

Im Fall des Austausches gegen Hydroxid-Ionen liegt ein basischer Anionenaustauscher vor (-> Versuch 100). Aus dem Austauscher fließt eine Laugenlösung.

Regeneriert werden sie, indem man sie im Fall der KAT mit starken Säuren (HCl) und im Fall der AAT mit starken Laugen (NaOH) durchspült.

Beim Reinigen von Leitungswasser schaltet man beide Austauscher hintereinander. Heraus fließt demineralisiertes Wasser - wie auch bei euch in der Schule.

Funktion eines Ionenaustauschers

Man kann aber auch - wie in der Geschirrspülmaschine - härtebildende Ionen gegen Natrium- bzw. Chlorid-Ionen austauschen: Neutrale Austauscher.

Anionenaustauscher verwendet man unter anderem auch zur Abtrennung von nicht umgesetzten Chromationen. Hierzu kann man auch Aluminiumoxid nehmen (-> Versuch 101). Aluminiumoxid hat wegen seines stark polaren Aufbaus, an dem Al³⁺-Ionen beteiligt sind, Anionenaustauscher-Eigenschaften.

Besonders gut und dabei spezifisch können Nebengruppenmetalle wie Cadmium mit einem chelatbildenden Ionenaustauscher aus Lösungen entfernt werden. In diesem Fall sind die Ankergruppen Liganden, die mit den Kationen Komplexe bilden.

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