સિન્થેટિક આયન-એક્સચેન્જ દ્વારા કઠિન પાણીને નરમ બનાવવાની પદ્ધતિ અને સિદ્ધાંતની ચર્ચા કરો.

(N/A) સિન્થેટિક રેઝિનનો ઉપયોગ કરીને પાણીની કાયમી કઠિનતા દૂર કરવાની પ્રક્રિયા પાણીમાં રહેલા કેટાયન્સ (દા.ત.,$Na^{+}$,$Ca^{2+}$,$Mg^{2+}$) અને એનાયન્સ (દા.ત.,$Cl^{-}$,$SO_{4}^{2-}$,$HCO_{3}^{-}$) ના અનુક્રમે $H^{+}$ અને $OH^{-}$ આયનો સાથેના વિનિમય પર આધારિત છે.
સિન્થેટિક રેઝિન બે પ્રકારના હોય છે:
$1)$ કેટાયન વિનિમય રેઝિન
$2)$ એનાયન વિનિમય રેઝિન
કેટાયન વિનિમય રેઝિન એ મોટા કાર્બનિક અણુઓ છે જેમાં $-SO_{3}H$ સમૂહ હોય છે. રેઝિનને સૌ પ્રથમ $NaCl$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $RNa$ ( $RSO_{3}H$ માંથી) માં ફેરવવામાં આવે છે. આ રેઝિન પછી $Na^{+}$ આયનોને $Ca^{2+}$ અને $Mg^{2+}$ સાથે બદલે છે,જેનાથી પાણી નરમ બને છે.
$2RNa + M_{(aq)}^{2+} \to R_{2}M_{(s)} + 2Na_{(aq)}^{+}$
કેટાયન વિનિમય રેઝિન $H^{+}$ સ્વરૂપમાં પણ હોય છે. આ રેઝિન $H^{+}$ આયનોને $Na^{+}$,$Ca^{2+}$ અને $Mg^{2+}$ આયનો સાથે બદલે છે.
$2RH + M_{(aq)}^{2+} \leftrightarrow MR_{2(s)} + 2H_{(aq)}^{+}$
એનાયન વિનિમય રેઝિન પાણીમાં રહેલા $Cl^{-}$,$HCO_{3}^{-}$,અને $SO_{4}^{2-}$ જેવા એનાયન્સ માટે $OH^{-}$ આયનોનો વિનિમય કરે છે.
$RNH_{2(s)} + H_{2}O_{(l)} \leftrightarrow RNH_{3}^{+}.OH_{(s)}^{-}$ $\xrightarrow{+X_{(aq)}^{-}} RNH_{3}^{+}.X_{(s)}^{-} + OH_{(aq)}^{-}$
આ સંપૂર્ણ પ્રક્રિયા દરમિયાન,પાણી પહેલા કેટાયન વિનિમય પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે. આ પ્રક્રિયા પછી મળતું પાણી ખનિજ કેટાયન્સથી મુક્ત હોય છે અને સ્વભાવે એસિડિક હોય છે. આ એસિડિક પાણીને પછી એનાયન વિનિમય પ્રક્રિયામાંથી પસાર કરવામાં આવે છે જ્યાં $OH^{-}$ આયનો $H^{+}$ આયનોને તટસ્થ કરે છે અને પાણીને આયનમુક્ત કરે છે.