Die Austauscher-Kapazität

Experimente:
Versuch: Kapazitätsbestimmung von Kationenaustauschern
Versuch: Kapazitätsbestimmung von Anionenaustauschern


Ein Ionenaustauscher kann nur eine bestimmte Anzahl an Ionen austauschen. Letztere ist wiederum abhängig von der Anzahl der Ankergruppen. Ein Kationenaustauscher kann z. B. nur so viele einfach positiv geladene Kationen aufnehmen, wie er Ankergruppen besitzt. Ein Maß hierfür ist die Gewichts-Kapazität G. Sie ist definiert als die Anzahl der Ankergruppen (in mmol), bezogen auf ein Gramm Ionenaustauscher:

Die Kapazität eines Ionenaustauschers kannst du sehr leicht durch eine Säure-Base-Titration der Elektrolytlösung nach dem Austausch bestimmen (-> Versuch, -> Versuch). Beachte dabei, dass der Kationenaustauscher zur experimentellen Bestimmung der Kapazität vollständig mit H+-Ionen und der Anionenaustauscher vollständig mit OH--Ionen beladen und neutral gewaschen sein müssen. Setzt du den in dieser Form vorliegenden Austauschern nun Natriumchlorid im Überschuss zu, so werden vom Kationenaustauscher H+-Ionen und vom Anionenaustauscher OH--Ionen gegen Na+-Ionen bzw. Cl--Ionen ausgetauscht.
Man geht deshalb so vor, dass man eine bestimmte Menge an Ionenaustauscher mit überschüssiger Lauge (z. B. 100 ml einer 0,1 molaren Natronlauge) versetzt. Dann filtriert man ab und titriert das Filtrat mit Salzsäure zurück.
Die Anzahl der Ankergruppen des Ionenaustauschers ergibt sich dann aus der Differenz der ursprünglichen Anzahl der OH--Ionen in 100 ml Natronlauge und der Anzahl der OH--Ionen in 100 ml Natronlauge nach der Versuchsdurchführung. Die Erniedrigung der Hydroxid-Ionenkonzentration ist nämlich auf die Protonenfreisetzung beim Kationenaustausch zurückzuführen.

Wenn du Gleichung 1 in Gleichung 2 einsetzt, kannst du darüber hinaus die Stoffmenge der Ankergruppen des Ionenaustauschers berechnen:


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Letzte Überarbeitung: 30. November 2000, Dagmar Wiechoczek