이온교환수지(ion exchange resin)와 사상태극(四象太極)

[마이피]

이온교환수지(ion exchange resin)와 사상태극(四象太極)

수지(樹脂,resin)는 송진처럼 나무에서 나오는 불용성의 점액으로 유지성분입니다. 이것을 천연수지라고 하는데, 이렇게 접착성이 있으며 굳으면 딱딱해지는 수지를 인공적으로 합성한 것을 합성수지라고 합니다. 정유나 가스 등에서 얻은 저분자물질을 물리,화학적 처리를 하여 고분자물질로 합성한 것인데, 보통 플라스틱이라고 합니다.

​이온교환수지(ion exchange resin)는 분자의 이온을 교환시킬 수 있는 불용성 합성수지입니다.

기본적으로 음이온 교환 수지는 표면의 전하가 + 이어서, 지나가는 음이온(-)을 끌어당깁니다. 양이온 교환 수지는 표면의 전하가 - 이어서, 지나가는 양이온(+)을 끌어당깁니다.

이렇게 결합하게 되면, 음이온 교환 수지는 음이온(-)과 결합한 것이고, 양이온 교환 수지는 양이온(+)과 결합한 것입니다. 하지만 이러한 결합은 강한 결합이 아니기 때문에 주변에 더 강한 전하를 가지는 음이온(-) 또는 양이온(+)이 나타나면, 이온들은 교환이 일어납니다.

​양이온교환수지에 붙어있는 H⁺는 전하가 더 큰 Na⁺에 의해 H⁺를 방출하고 Na⁺와 결합합니다. Na⁺도 Ca²⁺, Mg²⁺ 등의 양이온이 있다면 Na⁺를 방출하고 전하가 더 큰 Ca²⁺, Mg²⁺ 등과 결합합니다.

​<그림출처 : Ion-exchange resin - 위키백과>

위의 그림은 경수를 연수로 바꾸는 이상적인 과정을 나타냅니다. 전하는 차이없이 원소들의 교환이 일어났는데, ​양이온교환수지(폴리스타이렌과 설포닉산)에는 Na⁺를 방출하고 Ca²⁺​가 흡착되었으므로, 경수(칼슘이온과 마그네슘이온이 많은 물)가 연수로 바뀌게 됩니다.

     <폴리스타이렌>​

<그림출처 : Polystyrene - 위키백과>

​대부분의 이온교환수지는 교차결합된 폴리스타이렌(polystyrene)을 기본 골격으로 사용합니다. 하이드로카본의 긴 사슬을 가지고 있고, 중심탄소에 페닐기가 붙어 있습니다. 교차결합의 가교역할은 ​스타이렌의 혼성중합과 소수의 디비닐밴젠에 의해서인데, 교차결합을 하지 않으면 물에 녹습니다.

폴리스타이렌(C
8H
8)
n은 가소성 플라스틱의 한 종류로, 단독으로보다는 대부분 다른 중합체와 혼용되어 사용됩니다. 폴리스타이렌에 어떤 작용기(fuctional group)가 붙었는가에 따라 이온교환수지의 역할이 결정됩니다.

강산성에는 설포닉산. ex) sodium polystyrene sulfonate, polyAMPS

강염기에는 아미노기. ex) trimethylammonium, polyAPTAC

약산성에는 카르복실기.

약염기에는 처음, 두번째, 네번째 아미노기가 포함. ex) polyethylene amine​

​산성에서는 양이온 교환을 의미하며(산성을 가진 수지), 염기성에는 음이온 교환을 의미합니다(염기성을 가진 수지). 강산성에는 H⁺, 강염기성에는 OH^-가 많이 존재합니다.​

​<관련자료 : HPLC와 화합물의 사상체질>