الفصل الكيميائي والطرق المتبعة في استخلاص العناصر من مركباتها

الموسوعة » عمليات كيميائية » الفصل الكيميائي والطرق المتبعة في استخلاص العناصر من مركباتها

تتضمن الأنشطة الكيميائية الأكثر أهميةً والتي تستغرق وقتًا طويلًا عددًا من الأساليب أو طرق الفصل الكيميائي للمركبات الكيميائية وتنقيتها، ولهذا ليس من الغريب أن نتحدث بشكلٍ خاص عن الفصل الكيميائي والطرق الخاصة المتّبعة فيه.

تعريف الفصل الكيميائي

يقوم مبدأ الفصل الكيميائي على تحويل المواد الكيميائية باستخدام عدة تقنياتٍ وأساليب، فمثلًا يُعتبر الاستخراج تقنيةً مفيدةً لفصل المركبات مثل مركب اليود I2 وبيرمنغنات البوتاسيوم التي لها قطبيّةٌ مختلفةٌ.

يتم التعامل مع المركبات المراد فصلها بمزيجٍ من المذيبات القطبية (مثل المياه) ومذيبٍ غير قطبيٍّ (مثل رباعي كلوريد الكربون)، حيث يذوب اليود في رباعي كلوريد الكربون، بينما تذوب بيرمنغنات البوتاسيوم في المياه، وبالتالي عند فصل هاتين المرحلتين من الإذابة والسماح للمذيبات بالتبخر سنتمكن من فصل اليود ورباعي كلوريد الكربون بشكلٍ نظيفٍ.

يمكن أيضًا استخدام تقنية من تقنيات الفصل الكيميائي لاستخلاص المواد المذابة من مادةٍ صلبةٍ، إذ إنّ القهوة على سبيل المثال تصبح منزوعة الكافيين عن طريق الاستخراج.§

يمكن أن تُعزى معظم شعبية القهوة إلى التأثير المنبه للكافيين والذي يشكل 2.5٪ من الوزن الجاف لحبوب البن، لكن رغم ذلك فإنّ الكثير من الناس الذين يحبون نكهة القهوة يريدون تقليل كمية الكافيين التي يستهلكونها، وبالتالي ينتقلون إلى استهلاك قهوةٍ منزوعة الكافيين، وهنا تأتي ميزةٌ من الميزات الكثيرة لعمليات الفصل الكيميائي.

يمكن استخراج الكافيين بالماء الساخن ولكن هذا يؤدّي أيضًا إلى استخلاص الزيوت التي تعطي القهوة نكهتها الخاصة، لذلك تم إجراء عملية نزع للكافيين من حبوب البن لسنواتٍ عديدةٍ عن طريق معالجتها بمذيبٍ غير قطبيٍّ مثل ثنائي كلورو ميثان (CH2Cl2) الذي يذوّب معظم الكافيين دون إتلاف نكهة القهوة، ويمكن أن يُباع الكافيين بعد ذلك لمصنعي مشروبات الكولا الذين يضيفونه إلى قائمة منتجاتهم.

أما التقطير فهو الأسلوب الأكثر استخدامًا لتنقية السوائل ومن أشهر طرق الفصل، وتنطوي هذه التقنية في أبسط صورها على تسخين السائل حتى يغلي، ويتم تمرير البخار الذي يتسرب من خلال مكثفٍ مبردٍ بالماء، حيث يتكثف لتشكيل سائلٍ يتجمع في قارورةٍ نظيفةٍ.§

الفصل الفيزيائي والكيميائي

يمكننا أن نكتشف تفسيرًا أكثر وضوحًا وبساطةً للفصل الكيميائي إذا تحدثنا عن الفرق بين هذا الفصل والفصل الفيزيائي.

إن التغييرات الفيزيائية هي التغييرات التي لا يتم فيها كسر أو تكوين روابط، وهذا يعني أن نفس أنواع المركبات أو العناصر التي كانت موجودةً في بداية التغيير موجودةً في نهاية التغيير، ونظرًا لأن المواد النهائية هي نفس مواد البداية فإن الخصائص (مثل اللون ونقطة الغليان وإلخ) ستكون هي نفسها. وباختصارٍ فإنّ التغييرات الفيزيائية تتضمن تحريك جزيئات المواد ونقلها ولكن دون تغييرها أو العبث في مكوانتها الداخلية.

تحدث التغييرات الكيميائية عندما يتم تكسير الروابط أو تكوينها (أو الاثنين معًا) بين جزيئات أو ذرات المواد، وهذا يعني أن مادةً ما مع مجموعةٍ معينةٍ من الخصائص (مثل نقطة الانصهار واللون والطعمة وإلخ) تحولت إلى مادةٍ مختلفةٍ بخصائصَ مختلفةٍ بعد عملية الفصل الكيميائي، وغالبًا ما تكون التغييرات الكيميائية أصعب وأكثر تعقيدًا من التغييرات الفيزيائية.

ما يميز الفصل الكيميائي أيضًا أننا لا نستطيع أن نرى بالعين المجردة ما يحدث من كسرٍ وربطٍ بين الجزيئات والذرات مع أنها العمليات الجوهرية وراء فكرة الفصل.§

طرق الفصل الكيميائي

يمكننا أن نتوقع من الكلمات السابقة وجود العديد من طرق الفصل الكيميائي وقد تختلف ميزة وضرورة هذه الطرق حسب طبيعة المادة والمزيج الكيميائي التي أمامنا.

نشرح لكم باختصارٍ الطرق الأربعة الأكثر شعبيةً للفصل كما يلي :

  • الكروماتوجرافيا أو الاستشراب: يقال أيضًا أنه الفصل اللوني؛ وهو فصل الخليط الكيميائي عن طريق تمريره في محلولٍ أو معلقٍ كيميائيٍّ أو عن طريق بخارٍ (كما هو الحال في كروماتوجرافيا الغاز) من خلال وسيطٍ تتحرك فيه المكونات بمعدلاتٍ مختلفةٍ، أما استشراب الطبقة الرقيقة فهو نوعٌ خاص من الفصل اللوني يستخدم لفصل وتحديد الخلائط التي تكون ملونةً أو يمكن تلوينها وخاصة الأصباغ.
  • التقطير: التقطير هو وسيلةٌ فعالةٌ لفصل المخاليط التي تتكون من اثنين أو أكثر من السوائل النقية، وهو عبارةٌ عن عمليةٍ تنقيةٍ بحيث يتم تبخير مكونات الخليط السائل ثم تكثيفها وعزلها، ويتم في التقطير البسيط تسخين الخليط ليتبخر المكون الأكثر تقلبًا عند أدنى درجة حرارة ويمر البخار عبر أنبوبٍ مبردٍ (مكثفٍ) حيث يتكثف مرةً أخرى ليعود إلى حالته السائلة. تسمى المكثفات التي يتم جمعها نواتج التقطير.
  • التبخر: تقنيةٌ تستخدم لفصل المخاليط المتجانسة وعندما يوجد واحد أو أكثر من الأملاح الذائبة، وتقوم هذه الطريقة بإخراج المكونات السائلة من المكونات الصلبة وتشتمل عادةً على تسخين الخليط حتى لا يبقى سائلًا. يجب قبل استخدام هذه الطريقة أن يحتوي الخليط على مكونٍ سائلٍ واحدٍ فقط (إلا في حالة لم يكن من المهم عزل المكونات السائلة) وذلك لأن جميع المكونات السائلة سوف تتبخر مع مرور الوقت، مما يجعل هذه الطريقة مناسبةً بشكلٍ خاص لفصل مادةٍ صلبةٍ قابلة للذوبان عن سائل.
  • الترشيح: الترشيح هو طريقة فصلٍ تستخدم لفصل المواد النقية في الخلائط التي تتكون من جزيئاتٍ والتي يكون بعضها كبيرًا بما يكفي في الحجم لالتقاطه بمادةٍ مساميةٍ، ويمكن أن يتفاوت حجم الجسيمات والجزيئات تفواتًا كبيرًا نظرًا لنوع الخليط، على سبيل المثال يعد التيار الجاري للمياه عبارةً عن خليطٍ يحتوي على كائناتٍ تتشكل طبيعيًّا مثل البكتيريا والفيروسات والبروتوزوان (الحيوانات الأولية) وبعض مرشحات المياه يمكنها تصفية البكتيريا التي يبلغ طولها حوالي 1 ميكرون، بينما قد نجد في خلائط طبيعيةٍ أخرى مثل التربة أحجام جسيماتٍ كبيرةٍ نسبيًا والتي يمكن ترشيحها من خلال شيءٍ يشبه مرشح القهوة.§
3٬496 مشاهدة