kationwisselaars

Kationwisselaars zijn materialen die sterke negatieve oppervlakteladingen dragen en daardoor cationen uit een oplossing kunnen aantrekken en vervangen. In bodems dienen kleimineralen en organisch materiaal als natuurlijke kationwisselaars; in water- en afvalwaterbehandeling worden vaak synthetische kationwisselaars gebruikt.

Het werkingsprincipe berust op een uitwisseling van kationen tussen de vloeistof en het wisselaarsysteem. De negatieve ladingen op de oppervlaktes van mineralen en organische fracties binden cationen zoals Ca2+, Mg2+, K+, Na+ en H+. Dit bindingenproces is omkeerbaar: als andere cationen in de oplossing voorkomen, kunnen deze de eerder gebonden cationen verdringen. De voorkeur voor bepaalde kationen hangt af van de lading en de hydrofiele strengheid van de hydrated ionen; over het algemeen hebben di- valent cationen een hogere affiniteit dan mono-valente, en de samenstelling van de oplossing beïnvloedt de verplaatsing.

Typen kationwisselaars omvatten natuurlijke wisselaars zoals kleimineralen (bijv. montmorilloniet, illiet, kaoliet) en organische materialen, evenals kunstmatige kationwisselaars zoals ionenwisselaarharsen en zeolietanalogen. De hoeveelheid wisselbare kationen wordt uitgedrukt als kationwisselingscapaciteit (CEC), meestal uitgedrukt in cmol(+)/kg of meq/100 g.

Belangrijke toepassingen liggen in de bodemkunde en landbouw, waar CEC en basissaturatie bepalend zijn voor vruchtbaarheid, zuurgraadbeheer en beschikbaarheid van voedingsstoffen. In waterbehandeling wordt het principe gebruikt om hardheidsions (Ca2+, Mg2+) te verwijderen of te ruilen tegen andere cationen, bijvoorbeeld Na+. De verhouding tussen basen en zuren (basissaturatie) en de pH beïnvloeden de CEC-effectiviteit en de uitwisseling onder verschillende milieuomstandigheden. Metingen gebeuren vaak met zoutoplossingen (bijv. ammoniumacetaat) om de uitwisselbare cationen te bepalen.