Die Matrix bindet die Ankergruppen und sorgt dafür, dass sich der Austauscher nicht in der Elektrolytlösung oder in Lösungsmitteln auflöst. Im Grunde genommen ist die Matrix ein Kunststoff, wie du ihn in anderer Form aus deiner täglichen Umwelt kennst (als Plastikbecher, Computergehäuse, Mülltonne o. ä.). Die Herstellung erfolgt durch Polymerisation und Polykondensation.

Polymerisation
Hierbei entsteht aus kleinen Molekülen (Monomeren) ein Makromolekül (Polymer), und zwar durch Aufspaltung und Verknüpfung ihrer Doppelbindungen. So entsteht z. B. durch radikalische Polymerisation aus Styrol das Polystyrol (-> Versuch). Um die radikalische Polymerisation von Styrol zu starten, wird eine "Startsubstanz" (oder ein Aktivator) benötigt. Diese bildet Radikale, die aufgrund ungepaarter Elektronen sehr reaktionsfreudig sind. Ein Radikal lagert sich durch Aufspaltung der Doppelbindung an ein Styrol-Molekül an und bildet wiederum ein neues, größeres Radikal, das mit weiteren Styrol-Molekülen noch größere Radikale bilden kann.

Polymerisation von Styrol

Diese "Kettenreaktion" findet so lange statt, bis keine Styrol-Moleküle mehr vorhanden sind, oder ein Radikal mit einem Atom oder einer Atomgruppe reagiert, ohne dass ein weiteres Radikal gebildet wird ("Abbruchreaktion").

Ein Polymerisationsprodukt, welches als Ionenaustauscher-Matrix Verwendung findet, ist z. B. ein dreidimensional Vernetztes Polystyrol, das durch Copolymerisation (Polymerisation zweier unterschiedlicher Monomere) von Divinylbenzol (Brückenbildner) mit Styrol entsteht:

Ein weiteres Grundgerüst entwickelt sich durch Copolymerisation von Divinylbenzol mit Acrylsäure. Das Produkt ist ein dreidimensional Vernetztes Polyacrylat, in dem - eingeführt durch die Acrylsäure - schon schwach saure funktionelle Gruppen (Carboxyl-Gruppen) enthalten sind:

Polykondensation
Bei der Polykondensation verbinden sich zwei Moleküle unter Abspaltung eines kleineren Moleküls (zumeist Wasser) zu einem Makromolekül.

Durch Überschuss an Formaldehyd schreitet die Polykondensation zu einem dreidimensionalen Polykondensat fort (-> Versuch).

Im Wesentlichen werden zum Aufbau der Matrix von Polykondensationsharzen Phenol und Formaldehyd (siehe oben) so wie Resorcin und Formaldehyd (-> Versuch) verwendet.

In die Matrix können nachträglich funktionelle Gruppen eingeführt werden (z. B. durch Sulfonierung und Azokupplung). Bei der Polymerisation und Polykondensation können aber auch Monomere Verwendung finden, die bereits funktionelle Gruppen enthalten, so z. B. 4-Styrolsulfonsäure an der Stelle des Styrols. Es bildet sich ein stark saurer Ionenaustauscher.
Solche Ionenaustauscher kannst du auch mit einfachen Mitteln in deiner Schule selbst herstellen.

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