حلال چیست و چه کاربردی دارد؟
حلال (از لاتین solvō ، "شل کردن ، باز کردن ، حل کردن") ماده ای است که املاح را حل کرده و در نتیجه محلول ایجاد می شود. حلال معمولاً مایع است اما می تواند جامد ، گاز یا سیال فوق بحرانی باشد. آب حلال مولکول های قطبی و رایج ترین حلال مورد استفاده موجودات زنده است. تمام یون ها و پروتئین های یک سلول در آب درون سلول حل می شوند.
مقدار املاح قابل حل در حجم خاصی از حلال با دما متفاوت است. عمده استفاده از حلالها در رنگها ، پاک کنندههای رنگ ، جوهرها ، خشکشویی است. کاربردهای خاص حلالهای آلی در خشک شویی (به عنوان مثال تتراکلرواتیلن) است. به عنوان رقیق کننده رنگ (تولوئن ، سقز) ؛ به عنوان پاک کننده لاک ناخن و حلال های چسب (استون ، متیل استات ، اتیل استات) ؛ حذف کننده های موضعی (هگزان ، بنزین اتر) ؛ در مواد شوینده (ترپن مرکبات) ؛ و در عطرها (اتانول). حلالها کاربردهای مختلفی در صنایع شیمیایی ، دارویی ، نفت و گاز پیدا می کنند ، از جمله در سنتز شیمیایی و فرآیندهای تصفیه.
راه حل ها و حلال
وقتی ماده ای به ماده دیگر حل می شود ، محلول تشکیل می شود. این در شرایطی است که ترکیبات مانند ماسه در آب نامحلول هستند. در یک محلول ، همه مواد به طور یکنواخت در سطح مولکولی توزیع می شوند و هیچ بقایایی باقی نمی ماند. مخلوط حلال-املاح از یک فاز واحد تشکیل شده است که همه مولکول های املاح به صورت حلال (مجتمع های حلال-املاح) رخ می دهند ، در مقابل فازهای پیوسته جداگانه در سوسپانسیون ها ، امولسیون ها و سایر انواع مخلوط های غیر محلول. قابلیت حل شدن یک ترکیب در ترکیب دیگر را حلالیت می نامند. اگر این اتفاق در همه نسبت ها رخ دهد ، امتزاج پذیر نامیده می شود.
علاوه بر اختلاط ، مواد موجود در محلول در سطح مولکولی با یکدیگر تعامل دارند. وقتی چیزی حل می شود ، مولکول های حلال در اطراف مولکول های حل شده قرار می گیرند. انتقال حرارت دخیل است و آنتروپی افزایش می یابد و محلول را از نظر ترمودینامیکی پایدارتر از محلول و حلال جداگانه می سازد. این آرایش با واسطه خواص شیمیایی مربوطه حلال و املاح مانند پیوند هیدروژنی ، گشتاور دوقطبی و قطبی شدن انجام می شود. حلال شدن باعث ایجاد واکنش شیمیایی یا تغییر ساختار شیمیایی در املاح نمی شود. با این حال ، حلالیت شبیه یک واکنش تشکیل پیچیده هماهنگی است ، اغلب با انرژی قابل توجه (گرمای حلالیت و آنتروپی حلالیت) و بنابراین از یک فرآیند خنثی دور است.
هنگامی که یک ماده در ماده دیگر حل می شود ، یک محلول تشکیل می شود. محلول مخلوطی یکدست است که از یک محلول حل شده در حلال تشکیل شده است. املاح ماده ای است که در حال حل شدن است ، در حالی که حلال محیط محلول است. محلولها را می توان با انواع و اقسام مختلف املاح و حلالها تشکیل داد.
طبقه بندی حلال ها
حلال ها را می توان به طور کلی به دو دسته قطبی و غیر قطبی طبقه بندی کرد. یک مورد خاص جیوه است که محلول های آن به عنوان آمالگام شناخته می شوند. همچنین محلولهای فلزی دیگری وجود دارد که در دمای اتاق مایع هستند.
به طور کلی ، ثابت دی الکتریک حلال اندازه تقریبی قطبی حلال را ارائه می دهد. قطب قوی آب با ثابت دی الکتریک بالای 88 (در 0 درجه سانتی گراد) نشان داده می شود. حلالهای با ثابت دی الکتریک کمتر از 15 عموماً غیر قطبی در نظر گرفته می شوند.
ثابت دی الکتریک تمایل حلال را برای لغو تا حدی قدرت میدان الکتریکی یک ذره باردار غوطه ور در آن اندازه گیری می کند. این کاهش سپس با قدرت میدان ذره باردار در خلا مقایسه می شود. از نظر اکتشافی ، ثابت دی الکتریک حلال را می توان به عنوان توانایی آن در کاهش بار داخلی موثر املاح در نظر گرفت. به طور کلی ، ثابت دی الکتریک حلال پیش بینی قابل قبولی از توانایی حلال در حل ترکیبات یونی معمولی ، مانند نمک ها است.
مقیاس های قطبیت دیگر
ثابتهای دی الکتریک تنها معیار اندازه قطبی نیستند. زیرا حلالها توسط شیمی دانان برای انجام واکنش های شیمیایی یا مشاهده مواد شیمیایی و بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند
در پدیده ها ، معیارهای دقیق تری برای قطبیت مورد نیاز است. اکثر این اقدامات به ساختار شیمیایی حساس هستند.
مقیاس Grunwald -Winstein mY قطبیت را از نظر تأثیر حلال بر روی تجمع بار مثبت یک املاح در طول یک واکنش شیمیایی اندازه گیری می کند.
مقیاس Z Kosower قطبیت را از نظر تأثیر حلال بر حداکثر جذب اشعه ماوراء بنفش یک نمک ، معمولاً پیریدینیوم یدید یا پیریدینیوم زویتریون اندازه گیری می کند.
تعداد اهدا کننده و مقیاس پذیرنده اهدا کننده ، قطبیت را از نظر نحوه برهم کنش حلال با مواد خاص ، مانند اسید لوئیس قوی یا پایه قوی لوئیس ، اندازه گیری می کند.
پارامتر Hildebrand ریشه مربعی چگالی انرژی منسجم است. این می تواند با ترکیبات غیرقطبی استفاده شود ، اما نمی تواند شیمی پیچیده را در خود جای دهد.
رنگ Reichardt ، یک رنگ solvatochromic که در پاسخ به قطبیت تغییر رنگ می دهد ، مقیاس مقادیر ET (30) را ارائه می دهد. ET انرژی انتقال بین حالت پایه و کمترین حالت برانگیخته در کیلوکالری بر مول است و (30) رنگ را مشخص می کند. مقیاس دیگر ، تقریباً همبسته (ET (33)) را می توان با رنگ قرمز نیل تعریف کرد.
قطبیت ، گشتاور دوقطبی ، قطبی بودن و پیوند هیدروژنی یک حلال تعیین می کند که چه نوع ترکیباتی قادر به حل شدن است و با چه حلالها یا ترکیبات مایع دیگر قابل اختلاط است. به طور کلی ، حلالهای قطبی ترکیبات قطبی را به بهترین نحو و حلالهای غیر قطبی ترکیبات غیر قطبی را به بهترین شکل حل می کنند: "مانند حل می شود مانند". ترکیبات قوی قطبی مانند قندها (به عنوان مثال ساکارز) یا ترکیبات یونی ، مانند نمکهای معدنی (به عنوان مثال نمک سفره) فقط در حلالهای بسیار قطبی مانند آب حل می شوند ، در حالی که ترکیبات غیر قطبی قوی مانند روغن یا موم فقط در حلالهای آلی غیر قطبی مانند هگزان به طور مشابه ، آب و هگزان (یا سرکه و روغن گیاهی) با یکدیگر مخلوط نمی شوند و حتی پس از خوب تکان خوردن به سرعت به دو لایه جدا می شوند.
قطبیت را می توان به مشارکت های مختلف تفکیک کرد. به عنوان مثال ، پارامترهای Kamlet-Taft عبارتند از دوقطبی/قطبی بودن (π*) ، اسیدیته پیوند هیدروژنی (α) و اساسی بودن پیوند هیدروژن (β). اینها را می توان از تغییرات طول موج 3-6 رنگ مختلف solvatochromic در حلال محاسبه کرد ، که معمولاً شامل رنگ Reichardt ، nitroaniline و diethylnitroaniline است. گزینه دیگر ، پارامترهای هانسن ، چگالی انرژی منسجم را به پراکندگی ، اتصال قطبی و پیوند هیدروژنی تقسیم می کند.
قطبی اولیه و قطبی آپروتیک
حلالهای با ثابت دی الکتریک (به طور دقیق تر ، مجاز نسبی استاتیک) بیشتر از 15 (یعنی قطبی یا قابل قطبی شدن) را می توان بیشتر به پروتیک و آپروتیک تقسیم کرد. حلالهای پروتیک آنیونها (املاح با بار منفی) را به شدت از طریق پیوند هیدروژنی حل می کنند. آب یک حلال اولیه است. حلالهای آپروتیک مانند استون یا دی کلرومتان تمایل به داشتن گشتاورهای دو قطبی بزرگ (جداسازی بارهای مثبت و جزئی جزئی در یک مولکول یکسان) دارند و گونه های دارای بار مثبت را از طریق دوقطبی منفی آنها حل می کنند. [9] در واکنشهای شیمیایی ، استفاده از حلالهای قطبی قطبی به مکانیسم واکنش SN1 کمک می کند ، در حالی که حلالهای قطبی قطبی مکانیسم واکنش SN2 را ترجیح می دهند. این حلالهای قطبی قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی با آب برای حل شدن در آب هستند در حالی که حلالهای غیر قطبی قادر به پیوندهای قوی هیدروژنی نیستند.
حلالهای چند جزء
حلالهای چند جزء پس از جنگ جهانی دوم در اتحاد جماهیر شوروی ظاهر شدند و همچنان در کشورهای پس از شوروی مورد استفاده و تولید قرار می گیرند. این حلالها ممکن است یک یا چند کاربرد داشته باشند ، اما آماده سازی جهانی نیستند. همچنین هر یک از این حلالها به عنوان سوخت برای روشن کردن هیزم در آتش ، کباب پز و اجاق گاز مناسب است. حلالهای حاوی تولوئن به عنوان مواد توهم زا کاملاً قانونی و نسبتاً ارزان استفاده می شوند که با استنشاق طولانی آنها توهمات قوی شروع می شود.
حلال ها کاربردهای گوناگونی دارند و می توانید کاربردهای حلال ها را در اینجا بخوانید.
منبع