طرق الفصل الكيميائي

طرق الفصل الكيميائي

الخليط هو الناتج الذي يحدث عند خلط مادتين بحيث لا يحدث أي تفاعل كيميائي بين المكونات، ويمكن فصلهما مرة أخرى، في الخليط، كل مكون يحتفظ بخواصه الكيميائية الخاصة به، وعادة ما يتم خلط مكونات الخليط ميكانيكيا، ويمكن تصنيف أنواع الخلائط إما كمخاليط متجانسة أو غير متجانسة.

يتكون الخليط من أنواع مختلفة من المواد التي قد تكون موجودة بكميات مختلفة، ويمكن فصل المخاليط بشكل مادي باستخدام طرق تستغل الخصائص الفيزيائية لفصل مكونات الخليط، مثل التبخر والتقطير والترشيح والكروماتوغرافيا.

تشمل الأنشطة الأكثر أهمية – والتي تستغرق وقتا طويلا – في الكيمياء عمليات عزل وتنقية وفصل المركبات الكيميائية، مثل التقطير والتبلور والامتزاز وعمليات الغشاء والامتصاص والتعرية والأكسدة، وهي الطرق الهندسية الكيميائية التقليدية للعزل والتنقية.

الاستخلاص

 تعتبر طرق الاستخلاص تقنية مفيدة لفصل المركبات التي لها أقطاب مختلفة مثل I2 و KMnO4، حيث يتم استخدام مزيج من مذيب قطبي مثل H2O ومذيب غير قطبي مثل CCl4 لفصل هذه المركبات، حيث يتم حل المركبات بالمذيب وفصلها بعد تبخر المذيب.

إذا كان هناك مركب مذاب في سائل ترغب في إزالته، مثل كمية صغيرة من الملح المذابة في الزيت وترغب في التخلص منها، يمكن استخدام تقنية الاستخلاص. على الرغم من أن التقطير يمكن أن يقوم به هذه المهمة، إلا أنه يستغرق وقتا طويلا وجهدا كبيرا. يمكن أيضا استخدام هذه التقنية لاستخراج المواد المذابة من مادة صلبة، مثل إزالة الكافيين من القهوة.

هناك طريقة بديلة لعمل هذا الفصل وهي العثور على سائل غير قابل للذوبان في السائل الأول ويكون أفضل في إذابة الملح من الزيت ، عندما يتم خلط السائلين ورجهما ، يميل الملح إلى الانتقال من الزيت (حيث لا يذوب كثيرًا) إلى الماء (حيث يكون) ، عند اكتمال هذه العملية ، يكون من السهل سكب الماء تاركًا وراءه الزيت النقي.

التقطير

إنها تقنية فصل تستخدم لفصل مكونات خليط سائل بواسطة عملية التسخين والتبريد، والتي تستغل الاختلافات في تقلب كل مكون. إنها الطريقة الأكثر استخداما عندما يتم ذوبان مركب في مركب آخر أو عند خلط سائلين معا، أو لتنقية السوائل. في عملية التقطير البسيطة، يتم تسخين السائل فوق موقد بنسن أو لوح تسخين، نظرا لأن المكونات في الخليط لها نقاط غليان مختلفة، حيث يتم تسخينها ببطء ثم تغلي، وسوف يغلي أحدهم قبل الآخر.

يمكن جمع البخار من هذا المركب من المكثف ، مما يتيح عزله في صورة نقية ،ثم يمر البخار المتسرب عبر مكثف مبرد بالماء ، حيث يتكثف ليشكل سائلًا يتجمع في دورق نظيف ، يعمل التقطير بشكل أفضل لتنقية المركبات التي تكون سائلة في درجة حرارة الغرفة. تزداد احتمالية تنقية المواد الصلبة عن طريق إعادة التبلور ، يجب فصل المخاليط التي تحتوي على سوائل فقط عن طريق التقطير التجزيئي أو فصل الجاذبية.

الترشيح

يعد الترشيح من أبسط الطرق المستخدمة لفصل المخاليط. كميائيًا ،  وهو  تقنية تستخدم  لفصل مكونات خليط يحتوي على مادة صلبة غير مذابة في سائل ، يمكن إجراء الترشيح باردًا أو ساخنًا ، باستخدام الجاذبية أو استخدام الفراغ ، باستخدام قمع بوشنر أو هيرش أو قمع زجاجي بسيط. تعتمد الطريقة الدقيقة المستخدمة على الغرض من الترشيح ، سواء كان ذلك لعزل مادة صلبة من خليط أو إزالة الشوائب من الخليط.

إذا كان أحد المكونات صلبًا والآخر سائلًا، يمكن ترشيح المزيج بسهولة عن طريق صب الخليط بأكمله عبر ورق الترشيح. يمكن الرجوع إلى مثال يومي لعملية الترشيح في آلة صنع القهوة، حيث تمر القهوة من خلال مرشح ورقي ولكن الحبيبات لا تمر.

تبخير المذيب في الخليط هي طريقة تستخدم لفصل المواد المختلفة، على سبيل المثال، يمكن تبخير الماء من خليط الملح والماء للحصول على الملح، ويمكن استخدام هذه الطريقة أيضًا لفصل كبريتات النحاس وشب البوتاس والسكر ونترات البوتاسيوم.

الطرد المركزي

يقوم الطرد المركزي بفصل مكونات المخاليط غير المتجانسة، وتشمل هذه المكونات السوائل في السوائل، والمواد الصلبة في السوائل، والمواد الصلبة والسوائل في الغازات. يمكن تعريف الطرد المركزي على أنه تقنية تستخدم لفصل الجسيمات عن المحلول وفقا لحجمها وشكلها وكثافتها ولزوجتها وسرعة الدوران. تتم عملية تعليق الجسيمات في وسط سائل وتوضع في أنبوب الطرد المركزي، الذي يجعل هذه العملية الطبيعية أسرع بكثير.

يعتمد فصل الجسيمات في خليط صلب-سائل على عملية الفصل التي تعتمد على قوة الطرد المركزي، حيث تتشكل المرحلتين المتميزتين من الرواسب والسائل الطاف. يستخدم الطرد المركزي قوة الطرد المركزي لتحريك المكونات الكثيفة إلى خارج الحاوية، مما يؤدي إلى استقرار المادة الصلبة بشكل أسرع وأكمل.

بعض الأمثلة على الطرد المركزي هي:

• يتم إزالة الدهون من الحليب لإنتاج حليب منزوع الدسم
• يتم استخراج الماء من الخس الرطب في السلطة
• يتم فصل الماء عن الملابس عن طريق العصر والتجفيف في الغسالات
• يتم فصل مكونات الدم الصلبة عن البول في المختبرات الطبية والمعامل الشرعية

الكروماتوغرافيا

على الرغم من أن الكروماتوغرافيا هي تقنية بسيطة من حيث المبدأ ، إلا أنها تظل الطريقة الأكثر أهمية لفصل المخاليط إلى مكوناتها ، إنه متعدد الاستخدامات تمامًا لأنه يمكن استخدامه لفصل مخاليط المواد الصلبة أو السوائل أو مخاليط المواد الصلبة والسوائل مجتمعة ، أو في حالة كروماتوغرافيا الغاز ، يمكن فصل مخاليط الغازات.

قد تظهر بقعة حبر على قميصك، ولحسن الحظ، لا يلتصق الحبر جيدًا بالقماش، في هذه الحالات، يمكن تنظيف القميص بوضعه في الغسيل، ولسوء الحظ، قد يلتصق الحبر بالقماش جيدًا لدرجة أنه يبقى دائمًا، ولا يجدي نفعًا استخدام المبيض أو المنظفات.

بنفس الطريقة، يمكن في كثير من الأحيان فصل المواد الكيميائية عن بعضها البعض عن طريق درجة ارتباطها بمادة صلبة، ويشار إلى استخدام هذا الاختلاف في “الالتصاق” لفصل مكونات الخليط باستخدام التقنية الكروماتوغرافية.

عناصر التصفية الكروماتوغرافية تشمل المرحلة الثابتة والمرحلة المتحركة. هناك العديد من الخيارات المتاحة للمرحلة الثابتة، بعضها يشمل الألومينا والسيليكا وحتى الورق. يمكن أيضا أن تختلف المرحلة المتحركة، حيث تكون في العادة سائلة للفصل اللوني، وغالبا ما تكون مذيبا أو مزيجا من المذيبات. يساعد اختيار المذيب المناسب على تحقيق فصل أكثر نجاحا.

عادة، يتم فصل العناصر اللونية عن طريق وضع خليط من مواد كيميائية متعددة في عمود زجاجي يحوي السيليكا. عندما يتم تدفق مذيب عضوي مثل أسيتات الإيثيل أو الكحول عبر العمود، يميل أحد المكونات في الخليط للالتصاق بالسيليكا بشكل أفضل من الأخرى. ونتيجة لذلك، يمر العنصر ذو اللزوجة الأقل بسرعة أكبر عبر العمود، بينما يستغرق العنصر ذو اللزوجة الأعلى وقتا أطول قليلا.

يمكن أيضًا فصل المخاليط بواسطة طريقة الكروماتوغرافيا الغازية، حيث تستفيد من تقارب المكونات المختلفة في الخليط للتفاعل مع دعم ثابت عند تسخين الخليط حتى يتوازن بين حالتيه الغازية والسائلة 

الترويق

هي عملية فصل المواد الصلبة غير القابلة للذوبان عن السائل، حيث يتم تعليق الجسيمات الصلبة في السائل لبضعة أوقات، ثم تستقر الجسيمات الصلبة في قاع الحاوية ويتم رفع الماء النظيف دون إزعاج الجسيمات المستقرة، ويتم نقل الماء النظيف إلى حاوية أخرى .