دسته بندی حلالها از نقطه نظر عملی

در این مقاله شرکت کویر شیمی به دسته بندی حلالها از نقطه نظر عملی می پردازد.

که به اختصار به شرح زیر است:

حلالها از نقطه نظر عملی به دسته های زیر تقسیم می شوند:

الف-ظرفیت حلال برای مواد خام لاک

ب-گروه بندی از روی کیفیت جوش

ج-تبخیر و سرعت تبخیر-فشار بخارو گرمای تبخیر

د-ظرفیت رقیق سازی

1-ظرفیت حلال برای مواد خام لاک

در درون گروههای مجرد حلالی-دسته های ساختمانی شیمیایی-تفاوت قابل توجهی در سرعتی که در ان یک جسم حل شدنی حل می شود وجود دارد(برای مواد خام لاک)

اعضاء پایین تر یک مجموعه همرده ،از دسته های ساختمانی شیمیایی بطور واقعی همیشه بسیار سریعتر در موادی که باید حل شوند نفوذ می کنند.

این مساله می تواند نتایج مطلوب و نامطلوبی را به جود اورد.
اگر انباشتگی نامطلوب جسم حل شونده پیش اید،این پدیده را ممکن است با اضافه کردن موادی که به حلالهای ضعیف اضافه می شوند، یا حتی رقیق کننده های غیر حلال تصحیح کرد.

جاییکه انها ممکن است ورم کنند و فقط در چنین مواقعی است که حلالهای واقعی اضافه می شوند.
در مورد لایه های لاکی ،ضروری است که حتی از تبدیل یک رنگ به رنگی موقت(تجزیه)در طی خشک کردن اجتناب شود.
از این عمل می توان با مصرف مقادیر کافی حلالها با فراریت پایین جلوگیری کرد.

این حلالها خروج مقادیر جزیی رطوبت را ،که روی نیمه خشک شده لایه لاک در اثر سرد شدن بخارات هوا قبل از اینکه لایه غیر قابل نفوذی تشکیل شود جمع و متراکم می شوند،فراهم می کنند.
حلالها با فراریت پایین که با اب غیرقابل امتزاج هستند ،از نفوذ رطوبت متراکم به داخل لایه لاک تا میزان لازم برای خسارت جلوگیری می کنند.

2-گروه بندی از روی کیفیت جوش:

از نظر کاربردی ،حلالها بر طبق نقطه جوش و دامنه جوش در فشار عادی به دسته های زیر تقسیم می شوند:
1-حلالها با نقطه جوش پایین <100
2-حلالها با نقطه جوش متوسط 100-150
3-حلالها با نقطه جوش بالا 150<

بسته به روش به کار رفته در تعیین سرعت تبخیر یک خطای اضافه بر 5% بر اعداد تبخیر بالای 15 درصد ،وجود دارد.این خظا با بالا رفتن عدد تبخیر افزایش می یابد.
در استاندارد دی پنتن روشی شرح داده شده تحت شرایط معینی ،یک افت وزنی به درصد به صورت یک عدد تبخیر فراهم می شود.
معمولا فراریت بالای حلالها برای صرفه جویی در وقت در لاک کاری مطلوب است.در هر حال اگر فقط حلالهای بسیار فرار بکار روند،نتایج نامطلوب(تغییر رنگ،کدری و جریان ضعیف)صورت می گیرد.
از طرف دیگر اگر حلال با فراریت بیش از حد پایین به محلولهای لاکی اضافه شود ،ممکن است در ابتدا به نظر برسد لایه بسیار کشدار(الاستیک)و درخشنده است،اما بعدا به تدریج که حلالها با فراریت کم به تبخیر ادامه می دهد،لاک هر دو قابلیت ارتجاع و براقیت را از دست می دهد.
تحت شرایط نا مطلوب ،در نتیجه این پدیده ،سطح ممکن است کدر شودو ترکها ممکن است در پوشش گسترش یابند.
به عبارت دیگر مقدار زیادی حلالها با فراریت کم در ابتدا به ظاهر یک اثر شکل پذیری پلاستیسیته می دهد،اما این اثر تحت نفوذ نور ،هوا و شرایط جوی سریعا ناپدید می شود.
درخشندگی دائمی و قابلیت ارتجاع (الستیسیته)با دوامی فقط می تواند در اثر نرم کننده های (پلاستی سایزرها)واقعی و رزینهای نرم حاصل شود.
اشکالات شرح داده شده ،در اثر مصرف حلالها با فراریت متوسط کاهش میابند.
به این دلیل معمول است حلالها ی با فراریت بالا و متوسط را تا انجا که ممکن است بکار برد و حداقل حلالهای خالص با فراریت کم را برای تکمیل کردن و بهبود جریان اضافه کرد.مقادیر زیاد فقط در موارد خاصی مصرف می شوند،مثلا در لاکهای قلم مویی.
مواردی وجود دارند که برای رسیدن به خشک شدن بقدر کافی سریع یا مواد جامد موجود به طور غیر معمول زیاد،حتی حلالهای با فراریت متوسط بکار نمی روند،برای مثال در لاکهای اب بندی کننده در بطریها و نیز در چسبها.

در مقالات بعدی به شرح دو موررد دیگر میپردازیم.

حلال‌ها به طور کلی می‌توانند از نظر عملی به چند دسته تقسیم شوند. این دسته‌بندی می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

1. حلال‌های قطبی

این حلال‌ها دارای الکترونگاتیویته بالا هستند و معمولاً با مواد قطبی حل می‌شوند. از جمله:
– آب
– متانول
– اتانول

 2. حلال‌های غیرقطبی

این حلال‌ها الکترونگاتیویته پایینی دارند و معمولاً با مواد غیرقطبی حل می‌شوند. از جمله:
– هیدروکربن‌ها (مانند بنزن و تولوئن)
– اترها

 3. حلال‌های نیمه‌قطبی

این حلال‌ها ویژگی‌های میان قطبی و غیرقطبی دارند و می‌توانند با هر دو نوع ماده حل شوند. از جمله:
– دی‌متیل سولفوکسید (DMSO)
– استون

 4. حلال‌های آلی و غیرآلی

– حلال‌های آلی: حلال‌هایی که معمولاً پایه کربنی دارند (مثلاً اتانول، بنزن).
– حلال‌های غیرآلی: حلال‌هایی که پایه کربنی ندارند (مثلاً آب، آمونیاک).

 5. حلال‌های آبی و غیرآبی

– حلال‌های آبی: حلال‌هایی که عمدتاً آب هستند.
– حلال‌های غیرآبی: حلال‌هایی که آب ندارند و معمولاً از ترکیبات آلی تشکیل شده‌اند.

6. حلال‌های صنعتی و آزمایشگاهی

– حلال‌های صنعتی: حلال‌هایی که در مقیاس بزرگ برای تولید مواد شیمیایی استفاده می‌شوند.
– حلال‌های آزمایشگاهی: حلال‌هایی که برای آزمایشات و تحقیقات استفاده می‌شوند و معمولاً خلوص بالاتری دارند.

این دسته‌بندی‌ها به شیمی‌دانان و مهندسان کمک می‌کند تا حلال مناسب برای کاربردهای خاص را انتخاب کنند.

حال هر دسته از حلال‌ها را به تفصیل بررسی کنیم:

 1. حلال‌های قطبی

حلال‌های قطبی به دلیل وجود گروه‌های عاملی با بار الکتریکی (مانند -OH در الکل‌ها) می‌توانند با سایر مواد قطبی، مانند نمک‌ها و قندها، به راحتی حل شوند. این حلال‌ها معمولاً دارای نقطه جوش بالایی هستند و به عنوان حلال‌های آبی در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شوند.

مثال‌ها:
– آب: بهترین حلال برای بسیاری از واکنش‌ها و فرآیندهای بیوشیمیایی.
– متانول: برای حل کردن ترکیبات آلی و در تولید سوخت استفاده می‌شود.
– اتانول: به عنوان حلال در صنعت داروسازی و نوشیدنی‌ها کاربرد دارد.

 2. حلال‌های غیرقطبی

حلال‌های غیرقطبی معمولاً به ترکیباتی که بار الکتریکی ندارند، مانند روغن‌ها و چربی‌ها، حل می‌شوند. این حلال‌ها معمولاً در دماهای پایین‌تر تبخیر می‌شوند و به عنوان حلال‌های مناسب برای استخراج ترکیبات غیرقطبی شناخته می‌شوند.

مثال‌ها:
– بنزن: برای حل کردن هیدروکربن‌ها و در صنعت شیمیایی کاربرد دارد.
– تولوئن: در تولید رنگ و رزین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
– هیدروکربن‌ها: مانند هگزان که در استخراج مواد غذایی و روغن‌ها کاربرد دارد.

 3. حلال‌های نیمه‌قطبی

این حلال‌ها ترکیبی از ویژگی‌های قطبی و غیرقطبی دارند و می‌توانند با انواع مختلفی از ترکیبات حل شوند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای کاربردهای خاص در شیمی مفید می‌سازد.

مثال‌ها:
– دی‌متیل سولفوکسید (DMSO): حلالی قوی که در داروسازی و بیوشیمی استفاده می‌شود.
– استون: حلالی قوی برای پاک کردن و حل کردن رزین‌ها و چسب‌ها.

 4. حلال‌های آلی و غیرآلی

– حلال‌های آلی: این حلال‌ها معمولاً از کربن تشکیل شده‌اند و در واکنش‌های آلی کاربرد دارند. آن‌ها می‌توانند شامل حلال‌های قطبی یا غیرقطبی باشند.
– حلال‌های غیرآلی: این حلال‌ها معمولاً شامل ترکیباتی مانند آب، آمونیاک و اسیدها هستند و در واکنش‌های شیمیایی غیرآلی استفاده می‌شوند.

 5. حلال‌های آبی و غیرآبی

– حلال‌های آبی: این حلال‌ها به دلیل خواص خاص خود، مانند توانایی حل کردن نمک‌ها و قندها، در بسیاری از فرآیندها کاربرد دارند.
– حلال‌های غیرآبی: این حلال‌ها معمولاً برای استخراج و حل کردن ترکیبات آلی استفاده می‌شوند و می‌توانند شامل حلال‌های غیرقطبی و نیمه‌قطبی باشند.

6. حلال‌های صنعتی و آزمایشگاهی

– حلال‌های صنعتی: این حلال‌ها در مقیاس بزرگ تولید می‌شوند و در صنایع مختلف مانند پتروشیمی، رنگ و پوشش، و داروسازی استفاده می‌شوند.
– حلال‌های آزمایشگاهی: این حلال‌ها معمولاً دارای خلوص بالا هستند و در تحقیقات علمی و آزمایشات شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 نتیجه‌گیری

انتخاب حلال مناسب بستگی به نوع ماده‌ای که می‌خواهید حل کنید و همچنین به نوع واکنشی که انجام می‌دهید، دارد. شناخت ویژگی‌های حلال‌ها به شما کمک می‌کند تا بهترین گزینه را برای نیازهای خاص خود انتخاب کنید.

 دسته‌بندی حلال‌ها بر اساس ماهیت شیمیایی

الف) حلال‌های آلی

ترکیبات کربن‌دار هستند

بیشترین کاربرد را در شیمی آلی و صنایع دارند

مثال‌ها:

الکل‌ها (متانول، اتانول)

کتون‌ها (استون)

هیدروکربن‌ها (هگزان، بنزن)

 

ب) حلال‌های معدنی (غیرآلی)

فاقد چارچوب کربنی آلی

اغلب در شیمی معدنی و زیست‌شیمی استفاده می‌شوند

مثال‌ها:

آب

آمونیاک مایع

اسید سولفوریک غلیظ

دسته‌بندی بر اساس توانایی حل‌کنندگی

حلال‌های انتخابی

فقط گروه خاصی از مواد را حل می‌کنند

مثال: هگزان برای چربی‌ها

حلال‌های عمومی

طیف وسیعی از مواد را حل می‌کنند

مثال: آب، DMSO

دسته‌بندی بر اساس ایمنی و سمیت

الف) حلال‌های کم‌خطر

سمیت پایین، قابل استفاده در آزمایشگاه‌های آموزشی

مثال‌ها:

آب

اتانول

ایزوپروپانول

 

ب) حلال‌های سمی یا خطرناک

قابل اشتعال، سرطان‌زا یا آسیب‌زننده به اندام‌ها

مثال‌ها:

بنزن (سرطان‌زا)

کلروفرم

کربن تتراکلرید

 دسته‌بندی بر اساس کاربرد

حلال‌های آزمایشگاهی

خلوص بالا

مثال: استون، متانول

حلال‌های صنعتی

قیمت کمتر، خلوص پایین‌تر

مثال: نفت سفید، تولوئن

حلال‌های دارویی

سازگار با بدن

مثال: آب، اتانول، پروپیلن گلیکول

 اهمیت انتخاب حلال مناسب

انتخاب نادرست حلال می‌تواند باعث:

کاهش بازده واکنش

ایجاد واکنش‌های ناخواسته

افزایش خطرات ایمنی

آسیب زیست‌محیطی

به همین دلیل، در علوم مدرن از نمودارهای قطبیت، پارامترهای هانسن و قواعد شیمی سبز برای انتخاب حلال استفاده می‌شود.

 دسته‌بندی حلال‌ها بر اساس برهم‌کنش‌های بین‌مولکولی

حلال‌ها بر اساس نوع نیرویی که با حل‌شونده برقرار می‌کنند نیز بررسی می‌شوند:

الف) حلال‌های دارای پیوند هیدروژنی

قادر به تشکیل پیوند هیدروژنی قوی

برای حل ترکیبات قطبی و زیستی بسیار مناسب

مثال‌ها:

آب

الکل‌ها

آمین‌ها

 

ب) حلال‌های با نیروهای دوقطبی–دوقطبی

قطبی ولی بدون هیدروژن فعال

مثال‌ها:

استون

استونیتریل

 

ج) حلال‌های با نیروهای واندروالسی

عمدتاً غیرقطبی

حل‌کنندهٔ مواد غیرقطبی

مثال‌ها:

هگزان

سیکلوهگزان

دسته‌بندی بر اساس نقش حلال در واکنش شیمیایی

الف) حلال‌های بی‌اثر (Inert Solvents)

فقط محیط واکنش را فراهم می‌کنند

در واکنش شرکت نمی‌کنند

مثال: هگزان در بسیاری از واکنش‌های آلی

ب) حلال‌های فعال

مستقیماً در واکنش نقش دارند

ممکن است واکنش‌گر یا کاتالیزور باشند

مثال:

آب در واکنش‌های هیدرولیز

الکل‌ها در واکنش‌های استریفیکاسیون

 دسته‌بندی بر اساس فشار بخار

حلال‌های با فشار بخار بالا

سریع تبخیر می‌شوند

خطر آتش‌سوزی بیشتر

مثال: اتر، استون

حلال‌های با فشار بخار پایین

تبخیر کند

مناسب واکنش‌های طولانی

مثال: گلیسرول، DMSO

 حلال‌ها در سیستم‌های زیستی

در زیست‌شیمی، حلال باید:

غیرسمی

سازگار با پروتئین‌ها و آنزیم‌ها

دارای pH مناسب

مهم‌ترین حلال زیستی:

🔹 آب (به دلیل قطبیت بالا و ثابت دی‌الکتریک زیاد)

 دیدگاه ترمودینامیکی در دسته‌بندی حلال‌ها

از دیدگاه ترمودینامیک، حل شدن زمانی رخ می‌دهد که:

انرژی آزاد گیبس (ΔG) منفی باشد

برهم‌کنش حلال–حل‌شونده قوی‌تر از برهم‌کنش‌های اولیه باشد

این موضوع توضیح می‌دهد که چرا:

> «مواد مشابه، یکدیگر را حل می‌کنند»

 جمع‌بندی نهایی

حلال‌ها را می‌توان بر اساس:

قطبیت

ساختار شیمیایی

ایمنی

کاربرد

نقش در واکنش

اثرات زیست‌محیطی

دسته‌بندی کرد. این شناخت، پایهٔ طراحی واکنش‌ها، فرمولاسیون داروها و فرآیندهای صنعتی است.