Resina de intercambio iónico

Qué es y cómo funciona

La resina está formada por dos partes: una matriz polimérica, casi siempre de estireno reticulado con divinilbenceno, y un grupo funcional unido a esa matriz, de carácter ácido o básico. Si el grupo funcional es un ácido sulfónico, la resina se comporta como intercambiador catiónico: cede un protón, o el sodio o el calcio que lo sustituyen, a cambio de retener un catión del medio, por ejemplo el calcio y el magnesio del agua dura o el potasio del contenido intestinal. Si el grupo funcional es una amina cuaternaria, la resina intercambia aniones, típicamente cloruro o hidroxilo, por otros aniones disueltos. El proceso es reversible: agotada su capacidad, la resina se regenera haciendo pasar por ella una disolución concentrada del ion que originalmente llevaba.

Un poco de historia

El fenómeno del intercambio iónico se observó mucho antes de saber explicarlo. En 1850, los químicos ingleses Henry Thompson y J. Thomas Way describieron cómo ciertos suelos retenían el amonio de los fertilizantes y liberaban calcio a cambio, usando de forma natural las zeolitas minerales presentes en la tierra. La primera resina sintética hubo de esperar hasta 1935, cuando Basil Adams y Eric Holmes, del National Chemical Laboratory británico, obtuvieron por condensación de fenol y formaldehído un polímero orgánico que imitaba el comportamiento de aquellas zeolitas. Poco después, Holmes desarrolló una versión sulfonada del mismo polímero, un intercambiador catiónico fuerte que dio origen a las primeras resinas comerciales, entre ellas la familia Amberlita. La química de condensación tenía, sin embargo, un límite: no retenía bien ácidos débiles como el silícico o el carbónico. En 1944, en Estados Unidos, Gaetano D'Alelio resolvió ese problema con una resina de estructura distinta, obtenida por copolimerización de estireno y divinilbenceno, mucho más estable y todavía hoy la base de la mayoría de las resinas de intercambio que se fabrican.

Aplicaciones, del agua al organismo

El uso más extendido sigue siendo la depuración de agua: ablandar aguas duras sustituyendo calcio y magnesio por sodio, o desmineralizarla por completo combinando resinas catiónicas y aniónicas en serie. La industria alimentaria emplea el mismo principio para refinar azúcar y desmineralizar suero de leche o zumos. En medicina, las resinas de intercambio catiónico se emplean desde principios del siglo XX, primero asociadas a laxantes y hoy en formulaciones más simples, para tratar la hiperpotasemia: administradas por vía oral, captan potasio en la luz del colon y liberan a cambio sodio o calcio, reduciendo así la cantidad de potasio disponible para su absorción. Se trata de resinas de poliestireno sulfonato, sódico o cálcico según el catión que incorporen, y durante más de cincuenta años fueron la única opción disponible antes de que se autorizaran captadores de potasio de generación más reciente.

La misma clase de material sirve, con un objetivo completamente distinto, como fase estacionaria en el laboratorio: la separación de iones y moléculas polares según su carga eléctrica, aplicada al análisis y la purificación, se desarrolla en la entrada dedicada a la cromatografía de intercambio iónico.

Preguntas frecuentes

¿En qué se diferencia una resina catiónica de una aniónica?

En el grupo funcional unido a la matriz del polímero. La catiónica lleva grupos ácidos que retienen cationes; la aniónica, grupos básicos que retienen aniones.

¿Es lo mismo que la cromatografía de intercambio iónico?

No. La resina es el material; la cromatografía de intercambio iónico es una técnica analítica de laboratorio que emplea ese material como fase estacionaria para separar sustancias, un uso distinto del tratamiento del agua o de la hiperpotasemia.

¿Se agota una resina de intercambio iónico?

Sí, cuando ha intercambiado todos los iones disponibles en su estructura. Se regenera después haciendo circular por ella una disolución concentrada del ion original, y el ciclo puede repetirse muchas veces.

¿Desde cuándo se usan estas resinas para tratar la hiperpotasemia?

Las resinas de intercambio catiónico se emplean con fines terapéuticos desde principios del siglo XX, aunque al principio se combinaban con sustancias laxantes para facilitar su eliminación por vía intestinal. La formulación de poliestireno sulfonato que se usa hoy en día es muy posterior a esos primeros ensayos, y durante décadas fue la única resina de este tipo disponible en la práctica clínica.

Referencias

1. Resina de intercambio iónico: historia y desarrollo. EcuRed
2. Ingeniería de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas. Intercambio iónico, historia y fundamentos. Universidad de El Salvador
3. Manejo del potasio en hemodiálisis. Diálisis y Trasplante, Elsevier
4. Registro de ensayos clínicos. Sulfonato de poliestireno sódico y otros quelantes orales de potasio en hiperpotasemia aguda. ICH GCP