طرق فصل المركبات
ما هو المركب
يمكن أن تكون المادة النقية إما عنصرًا أو مركبًا ، العنصر هو شيء لا يمكن تقسيمه إلى مادة أبسط ، إنه مكون من ذرات ، تمامًا مثل أي شيء آخر في العالم ، غازات الهيدروجين والأكسجين كلاهما عنصران ، تتحد هذه العناصر لتشكل مادة جديدة تسمى الماء ، الماء مركب ، المركب عبارة عن مادة مصنوعة من عناصر مختلفة ، تختلف خصائص المركب عن خصائص عناصره الفردية ، الهيدروجين والأكسجين غازان ، لكن الماء غالبًا ما يكون سائلًا.
تتحد عناصر المركب دائمًا بنفس النسبة ، هذا يعني أن كل جزيء ماء هو نفسه جزيء الماء الآخر ،يتكون كل جزيء ماء من جزئين من الهيدروجين وجزء واحد من الأكسجين ، هناك 118 عنصرًا وحوالي 23 مليون مركب معروف بوجودها الآن. يعتقد العلماء أن هناك العديد من المركبات التي لم يتم اكتشافها بعد.
العناصر هي تلك المواد النقية التي لا يمكن أن تتحلل بوسائل كيميائية عادية مثل التسخين أو التحليل الكهربائي أو التفاعل ، الذهب والفضة والأكسجين أمثلة على العناصر ، المركبات عبارة عن مواد نقية تتكون من مزيج من العناصر نتيجة اتحاد كميائي ؛ يمكن أن تتحلل بوسائل كيميائية عادية ، صودا الخبز مركب ؛ يحتوي على عناصر الصوديوم والهيدروجين والكربون والأكسجين ويتحلل عند التسخين.
من الأمثلة على المركبات مركب أكسيد الزئبق الثنائي، الذي يحتوي على عنصري الزئبق والأكسجين، وعند تسخينه تتحلل هذه العناصر
- حيث تختلف المركبات عن المخاليط من حيث أن العناصر الموجودة في المركب يتم تجميعها معًا بواسطة روابط كيميائية ولا يمكن فصلها عن طريق الاختلافات في خصائصها الفيزيائية. لا يتم ربط مكونات الخليط ببعضها البعض بواسطة أي روابط كيميائية ، ويمكن فصلها عن بعضها البعض من خلال الاختلافات في خصائصها الفيزيائية.
- لاحظ أنه يمكن فصل المخاليط إلى مكوناتها بفضل الخصائص الفيزيائية المختلفة، ولكن لا يمكن فصل المركبات إلى مكوناتها إلا عن طريق الفصل الكيميائي .
طرق فصل المركبات
يتم فصل المركبات بطرق كيميائية صعبة، حيث تتكون المركبات من متغيرات كيميائية وتفقد المواد المكونة لها خصائصها وتنتج خصائصًا جديدة. والآن يستخدم العلماء طرق كيميائية صعبة ومعقدة لفصل المركبات إلى المواد المكونة لها، ويعد أحد هذه الطرق هو:
التحليل الكهربائي
يتم استخدام الكهرباء لتحليل المركبات إلى العناصر المكونة لها، ومن التطبيقات على ذلك التحليل الكهربائي للماء. نعلم جميعا أن الماء جزء مركب يتكون من جزئيات صغيرة، وهذه الجزيئات تتألف من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. هل يمكن فصل ذرات الهيدروجين عن ذرة الأكسجين في الماء؟ بالطبع، يمكن ذلك من خلال التحليل الكهربائي .
تجربة التحليل الكهربائي : يمكن استخدام جهاز هوفمان (جهاز التحليل الكهربائي للماء) لتحديد وجود الكربون في الماء وذلك من خلال إنشاء دائرة كهربائية باستخدام بطارية وأسلاك وأقلام رصاص، ويحتاج الماء إلى وضع في حوض، وعند إغلاق الدائرة الكهربائية، يمكن ملاحظة وجود فقاعات عند طرفي كل قلم .
الاستنتاج : يتم تحليل الماء إلى مكوناته، الأكسجين والهيدروجين، باستخدام التحليل الكهربائي، ويتم توليد غاز الأكسجين وغاز الهيدروجين من خلال هذه الفقاعات .
يعد الطلاء الكهربائي واحدًا من أهم التطبيقات العملية للتحليل الكهربائي في حياتنا اليومية، حيث يتميز بلمعان أكثر ومقاومة أكبر للظروف الخارجية بالمقارنة بطرق الطلاء التقليدية .
ومن هنا يمكن تفسير سبب عدم القدرة على فصل الماء عن طريق التقطير، حيث يستخدم التقطير كتقنية في فصل أنواع المخاليط، وأما الماء فهو مركب .
طرق فصل المركبات العضوية
المركبات العضوية هي المركبات التي تحتوي على ذرات الكربون المرتبطة بالهيدروجين، وتنقسم إلى نوعين، أليفاتية (لا تحتوي على حلقة بنزين) وأروماتية (تحتوي على حلقات بنزين). التنقية تعني إزالة الشوائب غير المرغوب فيها الموجودة في المركب العضوي. إحدى الطرق السهلة للتحقق من نقاوة المركب العضوي هي إما صهره أو غليه، لأن المركبات العضوية تميل إلى أن تكون لديها نقاط انصهار وغليان حادة. الطرق الشائعة للتنقية هي
كروماتوغرافيا
تستخدم العديد من الطرق للفصل بما في ذلك الفصل الكروماتوغرافي، والذي يقوم بفصل مكونات الخليط بناء على اختلافات توزيعها بين مرحلتين مختلفتين، وقد تم تطوير كروماتوغرافيا السائل والصلب في الأساس لفصل المواد الملونة، ومن هنا جاء اسم الكروماتوغرافيا، الذي يأتي من الكلمة اليونانية “كروما” التي تعني اللون.
التسامي
بعض المواد الصلبة يمكن أن تتحول مباشرة إلى حالة البخار دون الحاجة للمرور بالحالة السائلة، وتعرف تقنية التنقية التي تستغل هذه الخاصية باسم التسامي، وتكون مفيدة في فصل المركبات القابلة للتحلل عن المركبات غير القابلة للتسامي.
يتم استخدام هذه العملية لفصل المركبات المتطايرة عن الشوائب غير القابلة للتبخر ، ويتم استخدامها لأغراض تنقية الكافور والنفتالين والأنثراسين وحمض البنزويك واليود وحمض الساليسيليك وغيرها التي تحتوي على شوائب غير قابلة للتبخر.
التبلور
الفكرة هنا تكمن في أن المركب والشوائب لهما قابلية مختلفة للذوبان في المذيب. يتم اختيار المذيب الذي يكون فيه المركب الذي يرغب في تنقيته ذو قابلية ذوبان منخفضة، أي أنه لا يذوب بكمية كبيرة عند درجة حرارة منخفضة ويذوب بكمية كبيرة عند درجة حرارة أعلى. يتم تسخين المحلول حتى يصبح مشبعا، ثم يتم تبريده واستخلاص بلورات المركبات عن طريق الترشيح. إذا كانت الشوائب في الخليط لها نفس قابلية الذوبان للمركب المراد تنقيته، يتم تكرير التبلور
المذيبات الأكثر استخدامًا للتبلور هي الماء والكحول والأثير والكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون والأسيتون والبنزين والإيثر البترولي وما إلى ذلك ، على سبيل المثال ، يمكن بلورة بلورات حمض البنزويك بالماء ، حمض البنزويك قابل للذوبان في الماء البارد بشكل ضئيل وقابل للذوبان في الماء الساخن.
الاستخلاص التفاضلي
يستخدمون هذه الأساليب لاستخلاص السوائل غير الممزوجة مثل الزيت والماء، ويتم وضعها في قمع الفصل وتركها بدون تحريك، وبعد فترة ينفصلون ويتم جمع السائل الأثقل في القاع.
التقطير البسيط
التقطير هو عملية تجمع بين التبخير والتكثيف،وتستخدم هذه العملية لتنقية السوائل التي تغلي بدون تحلل وتحتوي على شوائب غير متطايرة، ويمكن أيضًا استخدام هذه الطريقة لفصل السوائل التي تختلف نقاط غليانها بشكل كافٍ.
التقطير التجزيئي
يمكننا استخدام هذه العملية لفصل خليط من اثنين أو أكثر من السوائل القابلة للامتزاج والتي لها نقاط غليان قريبة من بعضها البعض. نقوم بهذه العملية باستخدام تجزئة الأعمدة. عمود التجزئة هو نوع خاص من الأنابيب الزجاجية الطويلة التي بها عوائق لمرور البخار لأعلى والسائل إلى أسفل.
التقطير تحت ضغط مخفض
تُستخدم هذه الطريقة لتنقية السوائل التي تتميز بنقطة غليان عالية والسوائل التي تتحلل عند درجة الغليان أو أقل منها، وتشمل بعض الأمثلة صناعة النفط الخام وصناعة قصب السكر وغيرها.
التقطير بالبخار
في حالة عدم وجود توتر مائي، يستمر عملية الغليان حتى تتساوى مع الضغط الجوي، ويتم تسريع هذه العملية من خلال إضافة البخار. يمكن تطبيق هذه الطريقة لفصل وتنقية المركبات العضوية (المواد الصلبة أو السائلة) عن بعضها البعض
- غير قابلة للذوبان في الماء
- متقلبة في البخار
- يتمتع بضغط بخار مرتفع (10-15 ملم زئبق) عند درجة حرارة 373 كلفن .
- تحتوي على شوائب غير متطايرة.