Un intercambio de iones es un proceso químico en el que los iones se intercambian entre dos soluciones de electrolitos o entre una solución de electrolitos y una estructura de matriz sólida conocida como polímero de intercambio iónico. Cuando la solución de electrolito reacciona con el polímero o la resina, los iones de la solución quedan atrapados y unidos al sustrato sólido, que a su vez libera diferentes iones de la misma carga. El intercambio catiónico ocurre cuando se intercambian partículas cargadas positivamente, mientras que el intercambio aniónico ocurre cuando se intercambian partículas cargadas negativamente.
El intercambio de iones puede ocurrir en entornos naturales a través de minerales de aluminosilicato conocidos como zeolitas, que se encuentran en la arcilla. El nivel de intercambio catiónico que se produce en el suelo se puede utilizar como indicador de la capacidad del suelo para retener nutrientes. También es un factor importante para determinar la pureza del agua subterránea.
En entornos industriales, el intercambio de iones se lleva a cabo mediante el uso de polímeros orgánicos sintéticos. Se puede fabricar un polímero de intercambio iónico para filtrar específicamente ciertos iones de una solución. Hay cuatro tipos principales de polímeros de intercambio iónico que tienen diferentes afinidades iónicas y propiedades químicas: resinas aniónicas de base fuerte, resinas de aniones de base débil, resinas catiónicas ácidas fuertes y resinas catiónicas ácidas débiles.
Además de estos cuatro grupos, existen otros tipos de resinas de intercambio iónico. Las resinas quelantes son importantes para filtrar los cationes de metales pesados tóxicos, como el plomo y el mercurio. Estas resinas se utilizan en el tratamiento de aguas residuales y subterráneas.
Se pueden usar resinas ácidas fuertes para eliminar los cationes de calcio y magnesio del agua en un proceso conocido como ablandamiento del agua. Los iones de calcio y magnesio de la solución se intercambian por iones de sodio o hidrógeno de la resina. Los productos domésticos como el detergente para ropa emplean zeolitas para ablandar el agua para evitar la interferencia de iones de calcio y magnesio con la acción limpiadora del jabón.
La desionización del agua es otra aplicación común del intercambio iónico. En la desionización, las sales minerales como el sodio y el calcio se eliminan del agua y se reemplazan con cationes de hidrógeno o aniones de hidróxido, según el tipo de resina utilizada. Este proceso produce una forma purificada de agua comparable al agua destilada, que es útil en procesos industriales y de laboratorio donde se requiere agua de alta pureza.
Las reacciones industriales de intercambio iónico se llevan a cabo habitualmente mediante columnas. Estos recipientes contienen un lecho de resina, que contiene la resina de intercambio iónico mientras la solución pasa a través de ella. El flujo se puede controlar mediante válvulas e instrumentos conectados a la columna. A medida que la solución pasa a través de la resina, se produce un intercambio iónico hasta que se llenan todos los puntos de unión de la resina, produciendo una solución purificada.