یکی از معضلات مهم در صنایع شیمیایی، جداسازی مواد است. گاهی در یک واکنش مشخص، بیش از یک محصول تولید می شود. قاعدتا هر دو این محصولات، محصول مورد نظر نمی باشد و یکی از آن ها ارزش بیشتری دارد و باید جدا شود.
یا گاهی اوقات در یک نمونه طبیعی ( خارج شده از معدن، یا استخراج شده از یک گیاه یا…) مواد مختلفی وجود دارد که باید از هم جدا شوند. در این حالت از ویژگی های مختلفی برای جداسازی آن ها استفاده می شود. این روش ها اکثرا فیزیکی و در برخی مواد شیمیایی و در تعداد بسیار کمتری، فیزیکی-شیمیایی اند.
جداسازی به روش انحلال
یکی از بهترین روش های جداسازی در صنعت، جداسازی بر حسب میزان حلالیت می باشد. در این حالت، یکی از مواد در حلال خاص و مورد نظر ما حل می شود، در حالی که ماده دیگر حلالیت جزئی دارد و یا اصلا حل نمی شود.
در این حالت کل نمونه را وارد حلال می کنند و آن جزئی که حل می شود را توسط محلول و جزء نامحلول را با صاف کردن توسط فیلتر جدا می کنند. به عنوان مثال، اگر خاکی حاوی کلسیم سولفات () داشته باشیم که حاوی پتاسیم سولفات (
) نیز باشد؛ جداسازی بسیار ساده است.
نمونه خاک معدن نمک
در این حالت، تنها کافی است تا نمونه را در آب حل کنیم. در این صورت، کلسیم سولفات حل نخواهد شد و در ته ظرف جمع می شود. اما پتاسیم سولفات به راحتی در آب حل می شود و شما می توانید با صاف کردن محلول، این دو را جدا کنید.
البته توجه داشته باشید که این جداسازی ها هرگز 100% نبوده و همیشه به مقدار جزئی از جزء نامحلول در مخلوط جداسازی شده باقی می ماند. اما این مقدار در حد همان جزئی باقی می ماند که معمولا برای تولیدات صنعتی مشکلی ایجاد نمی کند.
اما اگر بخواهید محصول نهایی تان بسیار خالص باشد، لازم است تا در کنار این روش، از روش های دیگری نیز استفاده کنید.
جداسازی به روش کریستالیزاسیون
یکی دیگر از روش های جداسازی با استفاده از تفاوت در انحلال پذیری، جداسازی با استفاده از کریستالیزاسیون است. در این روش، مشابه قبل، یکی از مواد بهتر از دیگری در حلال حل می شود؛ اما این انحلال پذیری در دما های مختلف متفاوت است.
همانطور که می دانید، انحلال برخی مواد در آب، گرماگیر، برخی گرماده و عده دیگری بدون گرفتن یا دادن گرما انجام می شود. بر اساس این که انحلال ماده و کریستالیزاسیون آن چگونه باشد؛ ما می توانیم جداسازی مواد را انجام دهیم.
یک مورد بسیار خوب از این نمونه جداسازی ها، در مورد ترکیبات مختلف پتاسیم انجام پذیر است. به نمودار زیر که انحلال پذیری ماده بر حسب دما را نشان می دهد توجه کنید.
همانطور که مشاهده می کنید؛ پتاسیم کلرید () و پتاسیم نیترات (
) در دمای 23 درجه سانتی گراد به یک مقدار در آب حل می شوند اما با افزایش دما، این انحلال پذیری در مورد پتاسیم کلیر به صورت خطی و برای پتاسیم نیترات به صورت نمایی افزایش می یابد.
اگر محلولی از این دو نمک داشته باشیم؛ می توانیم ابتدا دمای آن را بالا ببریم تا همه ذرات حل نشده نیز حل شوند؛ سپس به تدریج و به آهستگی دما را کم می کنیم. در این صورت، پتاسیم نیترات زود تر از پتاسیم کلرید، از حالت محلول در آمده و به صورت کریستال هایی در ته ظرف تجمع خواهد کرد.
با جمع آوری کریستال های ایجاد شده و تکرار این چرخه، در نهایت می توانیم به جداسازی کامل این دو نمک برسیم.
جداسازی به روش اشباع یون
فرض کنید که در یک نمونه آب، نمک های مختلف کلر داری مثل، کلسیم کلرید، پتاسیم کلرید، سدیم کلرید و… داشته باشیم. وجه اشتراک همه این نمک ها داشتن یون کلر است.
یک روش جداسازی بسیار ساده برای این نمک ها این است که با استفاده از یک ماده خاص، یون کلر را در محلول افزایش دهیم. در این صورت، با رسیدن به نقطه اشباع، نمک از محلول جدا شده و به صورت کریستالی در ته ظرف می نشیند. مثلا می توانیم از هیدروکلریک اسید، برای تامین یون کلر محلول استفاده کنیم.
در این صورت، محلول ما با هیدروکلریک اسید اشباع شده و نمک های کلر دار را پس می زند. پس از این مرحله، ی توانیم با روش های مختلف، اسید محلول را خنثی کنیم.
جداسازی به روش دو حلالی
در این روش، دو ماده داریم که هر کدام از آن ها در یک حلال خاص، بیشتر حل می شوند. به عنوان مثال، اگر اتر محلول در اتانول داشته باشیم؛ از آنجایی که اتر ماده ای آلی بوده و در حلال های ناقطبی بهتر حل می شود، می توانیم با افزودن یک حلال آلی مثل هگزان نرمال، آن را از اتانول جدا کنیم.
جداسازی با دکانتور
این روشی است که دکانتور بر حسب آن کار می کند. اگر مخلوطی از اتر محلول در آب داشته باشیم؛ همچنین می توانیم با افزودن مقداری نمک، میزان یون های محلول در آب را افزایش دهیم. در این صورت، اتر به صورت یک فاز جداگانه از آب جدا می شود و بر روی آب قرار می گیرد.
