حلال های شیمیایی یک ماده ایی هستند که ماده شیمیایی دیگری را حل می‌کند و محلولی به صورت مخلوط همگن تشکیل می‌دهد. حلال شیمیایی جزء موجود در محلول است که بیشترین مقدار را دارد و شکل فیزیکوشیمیایی ماده را به صورت جامد، مایع یا گاز تعیین می‌کند. به عبارت دیگر حلال بخشی است که معمولاً بیش از 50% یک محلول را تشکیل داده است، در حالی که حل‌شونده بخشی است که در حلال مخلوط می‌شود. به‌طور معمول، حل‌شونده کمتر از 50٪ محلول است. حلال‌ها معمولاً اما نه لزوماً همیشه مایع هستند و همچنین می‌توانند گاز یا جامد باشند. یکی از انواع حلال ها میتوان به حلال های قطبی و حلال های غیر قطبی اشاره کرد.
حلال های شیمیایی چیست؟
حلال‌های شیمیایی (Solvents) موادی هستند که در فرایندهای شیمیایی و صنعتی برای حل کردن، مخلوط کردن و استخراج مواد مورد نیاز استفاده می‌شوند. آنها قادرند به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خود، مواد را به صورت مایع یا گاز در بر بگیرند و از این رو، در فرایندهای مختلفی از جمله تولید داروها، رنگ‌ها، پوشش‌ها، چسب‌ها، شستشوی صنعتی و غیره استفاده می‌شوند. انتخاب حلال مناسب بسته به نوع موادی که قرار است حل شوند و شرایط مورد استفاده متفاوت است. ویژگی‌های مهمی که در انتخاب حلال باید مد نظر قرار گیرند شامل میزان حلالیت، پایداری شیمیایی، قابلیت بازیابی، سمیت و سازگاری با محیط است. استفاده اصولی و ایمنی در استفاده از حلال‌های شیمیایی بسیار مهم است. این شامل استفاده در محیط‌های خوب تهویه شده، استفاده از وسایل حفاظت فردی مناسب مانند دستکش و عینک محافظ، و دسترسی به اطلاعات ایمنی، برچسب‌ها و فایل‌های اطلاعاتی مربوط به هر حلال می‌شود.
انواع حلال های شیمیایی
در ابتدا به واسطه وجود یا عدم وجود کربن در انواع حلال های شیمیایی، انها را میتوان به دو دسته کلی حلال های آلی و حلال های معدنی تقسیم کرد. در ادامه، هر یک را توضیح خواهیم داد:
حلال آلی
حلال‌های آلی یکی دیگر از انواع حلال های شیمیایی اند که متشکل از ترکیبات آلی هستند، به عبارتی ترکیباتی که شامل کربن هستند. این حلال‌ها معمولاً از منابع طبیعی مانند نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ و سایر منابع آلی تولید می‌شوند. برخی از مثال‌های رایج حلال‌های آلی عبارتند از الکل، استر، کتون، اتر، بنزن، تولوئن و هیدروکربن‌های آروماتیک. حلال‌های آلی دارای خواص و کاربردهای متنوعی هستند. آنها می‌توانند در صنایع مختلفی مانند صنایع شیمیایی، فرآیندهای تولید، استخراج، پاکسازی، رنگ‌بری و حل و تمیزی مواد استفاده شوند. به عنوان مثال، الکل‌ها به عنوان حلال‌های مشترک در صنعت رنگ‌بری و آزمایشگاهی استفاده می‌شوند و بنزن به عنوان حلال در تولید پلاستیک‌ها، رنگ‌ها و مواد شیمیایی دیگر به کار می‌رود.
حلال معدنی
حلال‌های معدنی از ترکیبات غیرآلی تشکیل شده‌اند که عنصر کربن در انها وجود ندارند و اغلب از منابع معدنی استخراج می‌شوند. این حلال‌ها معمولاً شامل آب، اسیدها، بازها و مواد معدنی محلول در آنها هستند. برخی از مثال‌های رایج حلال‌های معدنی شامل آب، سولفوریک اسید، هیدروکلریک اسید، آمونیاک و هیدروژن پراکسید می‌باشند. حلال‌های معدنی نیز در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. آنها می‌توانند در فرآیندهای استخراج معدن، پالایش فلزات، تمیزی صنایع، تولید باتری‌ها، صنعت الکترونیک و صنایع داروسازی مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، سولفوریک اسید در صنعت پالایش نفت و تولید باتری، آب در صنعت غذا، الکترونیک و تولید برق استفاده می‌شود.
همچنین حلال‌ها را میتوان از نظر ثابت دی الکتریک به دو دسته ی تقسیم کرد: حلال های قطبی و حلال های غیرقطبی.
حلال های قطبی
یک مورد خاص جیوه است که محلول‌های آن به عنوان آمالگام شناخته می‌شود. همچنین محلول‌های فلزی دیگری نیز وجود دارند که در دمای اتاق مایع هستند. به‌طورکلی، ثابت دی الکتریک حلال معیار تقریبی از قطبیت حلال را ارائه می‌دهد. حلال قطبی نوعی حلال است که بارهای جزئی یا گشتاورهای دوقطبی زیادی دارد. پیوندهای بین اتم‌ها دارای الکترونگاتیوی بسیار متفاوت اما قابل اندازه‌گیری هستند. یک حلال قطبی می‌تواند یون‌ها و سایر ترکیبات قطبی را حل کند. در واقع حلال‌های قطبی مولکول‌های دوقطبی قوی هستند که از طریق پیوند هیدروژنی نیز با دیگر مواد برهمکنش دارند. حلال های قطبی نیز اغلب باعث شکستن پیوندهای کووالانسی املاح یونیزاسیون این املاح می‌شوند. رایج‌ترین حلال‌های مورد استفاده در سیستم‌های دارورسانی، حلال‌های قطبی، از جمله، آب و الکل هستند. به حلال‌های قطبی دیگری مانند الکل‌ها، آلدئیدها و کتون‌های قند و سایر ترکیبات گروه‌های -OH نیز میتوان اشاره کرد
حلال های غیر قطبی
حلال‌های غیرقطبی خاصیت دوقطبی کمی دارند یا اصلاً ندارند. اگرچه آنها نمی‌توانند به‌طور مستقل دوقطبی تشکیل دهند؛ اما می‌توانند از برهمکنش‌های دوقطبی- دوقطبی برای حل املاح مناسب استفاده کنند. حلال‌های غیرقطبی دارای ثابت دی الکتریک بین 1 تا 20 هستند و شامل روغن‌های تثبیت شده، تتراکلرید کربن و کلروفرم می‌شوند. املاح یونی و قطبی در حلال‌های غیرقطبی حلالیت کمی دارند یا اصلاً حل نمی‌شوند. با این حال، روغن‌ها، چربی‌ها و اسیدهای چرب به خوبی در حلال‌های غیرقطبی حل می‌شوند.
حلال های آلی
حلال‌های آلی نوعی از حلال‌های شیمیایی هستند که شامل ترکیبات آلی یا حاوی عنصر کربن در ساختار مولکولی خود می‌باشند و در فرآیندهای مختلف شیمیایی و صنعتی به عنوان ماده مذاب یا حل کننده استفاده می‌شوند. گروه‌های مختلفی از حلال‌های آلی وجود دارند. الکل‌ها یکی از انواع حلال‌های آلی هستند که گروه عملکردی هیدروکسیل (-OH) را در ساختار مولکولی خود دارند. مثال‌هایی از الکل‌ها شامل متانول (الکل متیلیک)، اتانول (الکل اتیلیک) و بوتانول (الکل بوتیلیک) است. ایثرها نیز ترکیباتی هستند که دو گروه عملکردی ایثر (-O-) را در ساختار مولکولی خود دارند. مثال‌هایی از ایثرها شامل اتر متیلیک (متیل اتر) و اتر اتیلیک (اتیل اتر) است. کتون‌ها ترکیباتی هستند که دو گروه عملکردی کتون (گروه کربیل دوگانه) در ساختار مولکولی خود دارند. مثال‌هایی از کتون‌ها شامل استون، بوتانون و اسیتون است.
آلدهیدها ترکیباتی هستند که دارای گروه عملکردی آلدهید (-CHO) در ساختار مولکولی خود هستند. مثال‌هایی از آلدهیدها شامل فرمالدهید و اسپایرمید است. گلیکول‌ها نیز ترکیباتی هستند که دارای دو گروه عملکردی هیدروکسیل (-OH) در ساختار مولکولی خود هستند. مثال‌هایی از گلیکول‌ها شامل اتان‌گلیکول و پروپان‌گلیکول است. علاوه بر این، حلال‌های آلی دیگری نیز وجود دارند که بر اساس ساختار و گروه عملکردی آنها می‌توانند دسته‌بندی شوند. به عنوان مثال، حلال‌های آلیفاتیک که متعلق به کلاس آلکن‌ها هستند و حلال‌های آروماتیک که مانند حلال آلیفاتیک، حلال‌های غیرقطبی هستند. همچنین حلال‌های کربونیل که شامل استرها می‌شوند و دارای خواص قطبی هستند. تنوع بسیاری در حلال‌های آلی وجود دارد و هر کدام از این حلال‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند که آنها را برای استفاده در فرآیندها و کاربردهای مختلف جذاب می‌سازد. برخی از ویژگی‌های مهمی که می‌تواند در انتخاب حلال آلی موثر باشد عبارتند از:
قطبیت: حلال‌های آلی می‌توانند قطبی یا غیر قطبی باشند. حلال‌های قطبی دارای گروه‌های عملکردی هیدروکسیل (-OH)، آمین (-NH2) یا کربوکسیلیک (-COOH) هستند. حلال‌های غیر قطبی دارای گروه‌های عملکردی مانند هیدروکربن‌ها و الکل‌ها هستند. انتخاب حلال قطبی یا غیر قطبی بسته به خواص و مشخصات شیمیایی مواد مورد استفاده و فرآیند مورد نظر متفاوت است.
حلالیت: حلالیت حلال آلی در یک ماده مشخص، توانایی آن حلال برای حل آن ماده را نشان می‌دهد. برخی حلال‌های آلی می‌توانند مواد قابل حل زیادی را به خوبی حل کنند، در حالی که برخی دیگر تنها برای مواد خاصی قابل استفاده هستند. انتخاب حلال مناسب بر اساس حلالیت ماده مورد نظر می‌تواند تأثیر زیادی در کارایی و بازدهی فرآیند داشته باشد.
خواص فیزیکی: خواص فیزیکی حلال‌های آلی شامل نقطه جوش، نقطه اشتعال، دانسیته و ویسکوزیته است. این خواص می‌توانند بر تأثیر حلال در فرآیندها و شرایط کاری تأثیرگذار باشند. برای مثال، در فرآیندهای گرمایی، انتخاب حلال با نقطه جوش مناسب می‌تواند مزیتی باشد.
سمیت: برخی حلال‌های آلی ممکن است سمیت بالایی داشته باشند و برای استفاده در برخی فرآیندها و کاربردها مناسب نباشند. در صنعت، ایمنی و بهداشت حرفه‌ای، انتخاب حلال‌های کم سمیت و مطابق با استانداردهای ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار است.
پایداری: پایداری حلال‌های آلی در شرایط مختلف شامل دما، فشار و pH می‌تواند در انتخاب حلال موثر باشد. برخی حلال‌ها می‌توانند در شرایط سخت مانند دمای بال
حلال پروتیک
حلال پروتیک (Protic solvent) یک نوع حلال آلی است که می‌تواند یک یا چند گروه پروتون (H+) قابل انتقال را داشته باشد. این حلال‌ها معمولاً از ترکیباتی با خواص اسیدی و قادر به ایجاد پیوندهای هیدروژنی تشکیل شده‌اند. گروه پروتونی می‌تواند به صورت یونیزه (همانند یون هیدروژن H+) یا غیر یونیزه (مانند گروه هیدروکسیل OH) در حلال پروتیک وجود داشته باشد. برخی از نمونه‌های شناخته شده حلال‌های پروتیک عبارتند از آب (H2O)، الکل‌ها مانند متانول (CH3OH) و اتانول (C2H5OH)، اسید استیک (CH3COOH) و آمونیاک (NH3).
حلال‌های پروتیک به دلیل داشتن گروه پروتونی قابل انتقال، قادر به رساندن پروتون به ترکیبات دیگر در فرآیندهای شیمیایی هستند. همچنین، این حلال‌های شیمیایی قابلیت ایجاد پیوندهای هیدروژنی با مواد دیگر را دارند که می‌تواند تأثیر زیادی بر رفتار و خواص مواد در محلول داشته باشد. استفاده از حلال‌های پروتیک در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی بسیار رایج است. آب به عنوان یک حلال پروتیک بسیار مهم در بیشتر فرآیندهای زیستی و شیمیایی استفاده می‌شود و خواص منحصر به فردی دارد که آن را از سایر حلال‌ها متمایز می‌کند. در حالی که حلال پروتیک قادر به ایجاد پیوندهای هیدروژنی است، حلال آپروتیک به عنوان اهداکننده پیوندهای هیدروژنی عمل نمی‌کند. حلال‌های آپروتیک معمولاً دارای قطبیت کمتری هستند و نمی‌توانند پروتون را به سایر ترکیبات منتقل کنند.
حلال آپروتیک
حلال آپروتیک (Aprotic solvent) یک نوع حلال های شیمیایی است که قابلیت ایجاد پیوندهای هیدروژنی را به صورت کامل یا به طور محدود ندارد. در این حلال‌ها، عموماً عدم وجود گروه‌های پروتون قابل انتقال مانند گروه هیدروکسیل (OH) باعث می‌شود که نتوانند به عنوان دهنده پیوندهای هیدروژنی عمل کنند. حلال‌های آپروتیک معمولاً دارای قطبیت کمتری نسبت به حلال‌های پروتیک هستند. این به معنای عدم وجود یون‌های پروتونی (H+) قابل انتقال است. برخی از نمونه‌های شناخته شده حلال‌های آپروتیک عبارتند از اترها مانند دی‌اتیل‌اتر (C2H5OC2H5) و متیلن کلراید (CH2Cl2)، کتون‌ها مانند آسیتون (CH3COCH3) و نیتریل‌ها مانند استیرونیتریل (C6H5CN).
حلال‌های آپروتیک به دلیل عدم قدرت ایجاد پیوندهای هیدروژنی، در برخی فرآیندهای شیمیایی بسیار مفید هستند. آنها می‌توانند به عنوان حلال‌های مناسب برای واکنش‌هایی که نیاز به جداسازی یون‌ها دارند، مورد استفاده قرار بگیرند. همچنین، حلال‌های آپروتیک ممکن است در فرآیندهایی که حساسیت به رطوبت و وجود آب دارند، انتخاب مناسبی باشند. مزیت دیگر حلال‌های آپروتیک این است که عموماً در دماهای بالا پایدارتر هستند و از تبخیر کمتری رنج می‌برند. این موضوع می‌تواند در فرآیندهایی که نیاز به دمای بالا دارند، بسیار مهم باشد. به طور کلی، استفاده از حلال‌های آپروتیک و پروتیک بسته به نیازهای واکنش و خواص مواد موجود در سیستم شیمیایی متفاوت است و به انتخاب صحیح حلال برای هر فرآیند و واکنش خاص توجه ویژه‌ای نیاز دارد.
حلال های شیمیایی در صنعت بیوتکنولوژی
حلال‌های شیمیایی ترکیباتی که در طبیعت وجود ندارند. تعداد محدودی حلال های شیمیایی منشأ بیولوژیکی وجود دارند، مانند اتانول، بوتانول و استون. ترپن‌ها نیز حلال‌های طبیعی هستند که توسط گیاهان تولید می‌شوند. این حلال‌ها معمولاً سمی برای سلول‌های میکروبی هستند. در صنعت شیمیایی، حلال‌های شیمیایی برای تماس با میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شوند. اما در صنعت بیوتکنولوژی، میکروب‌ها در سیستم‌های مبتنی بر آب استفاده می‌شوند به دلیل ترجیح آنها بر آب و مشکلات حلال‌های شیمیایی برای سلول‌ها. حلال‌های شیمیایی اغلب برای استخراج محصولات از فاز آبی استفاده می‌شوند، اما صدمه به سلول‌ها در این مرحله اهمیتی ندارد. در هر دو صنعت شیمیایی و بیوتکنولوژی، حلال‌های شیمیایی آلی مزایایی نسبت به آب دارند.
حلال های هیدروکربنی
نفت و گاز طبیعی، منابعی فراوان و مقرون به صرفه از هیدروکربن‌ها هستند. اصطلاح “نفت” گاهی برای اشاره به روغن مایع کم‌جوش و محصولات مایع گاز طبیعی با دامنه جوش از 15.6 درجه سانتی‌گراد تا 221 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود. این ترکیبات به ساختارهای آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌شوند. هیدروکربن‌های آلیفاتیک شامل پارافین‌ها، الفین‌ها، آلکین‌ها و سیکلوپارافین‌ها هستند. پارافین‌ها می‌توانند خطی (مانند n-بوتان، n-پنتان و n-هگزان) یا شاخه‌دار (مانند ایزوبوتان، ایزوپنتان و ایزوهگزان) باشند. الفین‌ها نمونه‌ای از آنها است و اتیلن معروف‌ترین مثال است. سیکلوپارافین‌ها شامل سیکلوپنتان و سیکلوهگزان هستند.
نفت خام پس از پالایش به گازهای هیدروکربن، تقطیرهای سبک، تقطیرهای میانی، تقطیرهای سنگین و مواد باقیمانده تقسیم می‌شود. این تقسیم بر اساس وزن مولکولی هیدروکربن‌ها انجام می‌شود و شامل موادی مانند متان، اتان، پروپان، بوتان، نفتا، روغن‌های تصفیه شده، روغن گاز، روغن جاذب، روغن‌های فنی، موم پارافین، روغن‌های روان‌کننده، آسفالت، کک، لجن پالایشگاه و مواد دیگر است.
سخن اخر
حلال‌های شیمیایی، ترکیباتی هستند که برای حل و انتقال مواد در فرآیندهای شیمیایی و صنعتی استفاده می‌شوند. حلال‌های آبی، حلال‌های آلی، حلال‌های هیدروکربنی و حلال‌های بیولوژیکی، حلال های قطبی و حلال های غیر قطبی انواعی از حلال‌های شیمیایی هستند. این حلال‌ها مزایا و کاربردهای مختلفی دارند، مانند استخراج، سنتز شیمیایی، پاکسازی و رنگ‌بری. انتخاب حلال مناسب بستگی به خواص مواد مورد حل و نیازهای فرآیند دارد. در استفاده از حلال‌های شیمیایی، به جوانب بهداشتی، ایمنی و زیست محیطی توجه کرده و با دقت عمل کنید.
شرکت آراکس شیمی یکی از معتبر ترین شرکت های تولیدکننده سود پرک می باشد. گروه صنعتی آراکس شیمی محصولات خود را با بهترین کیفیت و قیمت رقابتی به بازارهای داخلی و خارجی عرضه می نماید .