11
آذر

معرفی کامل انواع حلال ها

حلال مایعی است که یک ماده حل شده را حل می کند. حلال اجزای محلول است که مقدار آن بیشتر است.

شاید رایج ترین حلال در زندگی روزمره آب باشد. بسیاری از حلال های دیگر ترکیبات آلی مانند بنزن ، تتراکلر اتیلن یا سقز هستند.

ماده ای که در آن املاح حل شده و محلول تشکیل می دهد ، حلال است. به طور کلی حلال یک مایع است اما می تواند یک جامد ، گاز یا مایع فوق بحرانی باشد.

در شیمی ، یک قاعده معمول برای تعیین اینکه آیا یک حلال یک ماده حل شده را حل می کند ، “مانند حل مانند است.” حلالهای متشکل از مولکولهای قطبی مانند آب ، مولکولهای قطبی دیگر را حل می کنند ، مانند نمک سفره ، در حالی که حلالهای غیر قطبی مانند بنزین ، مواد غیر قطبی مانند موم را حل می کنند. درجه ای که یک حلال یک ماده حل شده را حل می کند به عنوان حلالیت آن شناخته می شود. به عنوان مثال الکل اتیل در آب بسیار محلول است. سرکه در روغن بسیار نامحلول است و این دو ماده حتی پس از خوب لرزیدن به سرعت به دو لایه جدا می شوند.

انواع حلال

بر اساس قطبیت دو نوع حلال وجود دارد که قطبی و غیر قطبی هستند. قطبیت توانایی حلال در حل هر ماده ای حل شده است.

آب یک حلال جهانی است که به دلیل قطبیت زیاد مولکول آب در همه جا استفاده می شود. این مکانیسم آبی که توسط آن املاح حل می شود ، در مورد همه حلال های قطبی مشابه ، مانند متانول اعمال می شود.

آرایش یون ها به یک مولکول بارهای مثبت و منفی متمایزی می دهند که توانایی واکنش یا تعامل با مولکول های املاح قطبی را به صورت الکترواستاتیکی دارند.

مولکول های آب جذب مولکول های املاح بار الکتریکی می شوند و اگر نیروی جذب برای شکستن مولکول های املاح و توزیع یکنواخت این مولکول ها با حلال زیاد باشد ، در این صورت می گوییم که املاح حل می شود.

املاح غیر قطبی مانند چربی ها ، روغن ها و گریس ها در آب حل نمی شوند. وقتی آنها را مخلوط می کنیم ، یک امولسیون ایجاد می کنند.

حلال های غیر قطبی مانند تتراکلرید کربن و بنزن از همان مکانیزم برای حل املاح استفاده می کنند که یک جاذبه الکترواستاتیک است.

در حلال غیر قطبی ، الکترون ها تمایل دارند در یک طرف مولکول گروه بندی شوند و انواع مشابهی از مولکول های بزرگ غیر قطبی املاح را جذب کنند. با استفاده از این مکانیسم ، تمام املاح غیر قطبی در حلال های غیر قطبی حل می شوند.

نمونه هایی از حلال

ما همچنین می توانیم حلالها را بر اساس ترکیب شیمیایی آنها طبقه بندی کنیم. دو نوع حلال وجود دارد که حلالهای آلی و حلالهای غیر آلی هستند.

حلالهای غیر آلی حلالهایی هستند که حاوی کربن مانند آب ، آمونیاک نیستند در حالی که حلالهای آلی حلالهایی هستند که در ترکیبات خود حاوی کربن و اکسیژن هستند مانند الکلها ، اترهای گلیکول.

حلالهایی که فقط حاوی کربن و هیدروژن هستند ، حلالهای هیدروکربن مانند بنزین ، بنزن ، تولوئن ، هگزان و غیره هستند.

آن حلالهایی که حاوی هالوژنهایی مانند کلر (Cl) ، فلوئور (F) ، برم (Br) یا ید (I) در ترکیبات خود هستند ، حلالهای هالوژنه مانند تتراکلرید کربن ، کلروفرم و کلروفلوئورکربنها (CFC) هستند.

موارد استفاده از حلال

موارد استفاده از حلال ها ممکن است به شرح زیر باشد :

رنگ و پوشش
جوهرها
محصولات مراقبت شخصی مانند لوازم آرایشی ، پاک کننده ناخن
محصولات پاک کننده
برنامه های بهداشتی مانند محصولات دارویی
اتومبیل در مایع لباسشویی برای از بین بردن آلودگی و آلودگی شیشه جلو

حلالهای اکسیژنه از سایر مواد شیمیایی سنتز شده و حلال مورد نظر را تشکیل می دهند. این حلالها به طور معمول دارای خلوص بالا با مشخصات مختلف از 99.0 to تا 99.9 pur خلوص هستند. مشخصات این حلالها معمولاً روی ناخالصی ها مانند آب و مواد غیر فرار است. ناخالصی های موجود در این حلال ها به طور معمول به خوبی مشخص می شوند و می توان آنها را از شیمی دخیل در ساخت آنها پیش بینی کرد.

حلالهای هیدروکربن مخلوطهای پیچیده ای هستند که از ترکیبات زیادی تشکیل شده اند و بر اساس مشخصات مشتری به فروش می رسند. خصوصیات معمول مشخصات شامل محدوده تقطیر ، نقطه اشتعال ، چگالی ، محتوای معطر و رنگ است.

مشخصه های مهم حلال های نفتی

موارد مهمی که پیرامون این حلال ها مطرح می شوند شامل : فراریت ، قدرت حلالیت، درجه خلوص، بو، ایمنی و گرانروی هستند که در ادامه آنها را بررسی خواهیم نمود.

  • فراریت

فراریت یکی از خواص مهم یک حلال هیدروکربنی است و معرف زمان لازم برای تبخیر حلال است که منجر به خشک شدن ماده حل شده می شود. مقدار مطلوب فراریت بستگی به نوع ماده حل شده و دمای کاربرد آن دارد. معمولا فراریت با نقاط اولیه و نهایی (و گاه تعددادی از نقاط میانی) منحنی تقطیر (دما بر حسب درصد تقطیر شده) و نیز فشار بخار مشخص می شود.

  • قدرت حلالیت

قدرت حلالیت معرف میزان آمیزش حلال و ماده حل شده می باشد و باید تا حد امکان بالا باشد. در مورد یک حلال استخراج، علاوه بر قدرت حلالیت، سلکتیویته نیز مطرح است یعنی آنکه بتواند برخی از مواد را به صورت انتخابی از خوراک جدا کند.

برای تعیین قدرت حلالیت معیارهای متعددی وجود دارد. آنالیز شیمیایی می تواند یک معیار مطلوب باشد زیرا میزان هیدروکربنهایی را که به عنوان حلال های مناسب شناخته شده اند (نظیر اروماتیک ها) مشخص می کند. از آزمایش نقطه انیلین نیز می توان برای مشخص نمودن آروماتیکها استفاده کرد.

  • درجه خلوص

درجه خلوص مورد نیاز برای یک حلال بر حسب نوع کاربرد آن متفاوت است ولی به طور کلی از پارامترهای مهمی است که باید بوسیله آزمایش های لازم مشخص شود.

در رابطه با ناخالصی گوگردی معمولا آزمایش “نوارخوردگی مس” و یا “دکتر” کفایت می کند. تمایل حلال به تشکیل رسوب صمغی ناشی از پلیمریزاسیون اولفینها، بوسیله آزمایش “صمغ پتانسل” مشخص می شود. مقدار اولفین نیز بوسیله “اندیس برم” که معرف درجه سیر نشدگی است، تعیین می شود. مقدار جزئی ترکیبات اسیدی و یا بازی موجود در حلال نیز بوسیله تیتر کردن مشخص می شوند. رنگ حلال نیز بررسی می شود زیرا حلال خالص باید بیرنگ باشد . مقدار جزیی آروماتیک های سنگین موجب زرد شدن حلال می شوند.

  • بو

بررسی بوی حلال ها مهم است زیرا این مواد اغلب در محیط های بسته استفاده می شوند مضافا اینکه معمولا بوی یک ماده سمیت ان را در اذهان تداعی می کند.

بوی حلال بستگی به هیدروکربن های سازنده آن دارد بدین ترتیب که پارافینی ها دارای بوی ملایم، نفتنی ها دارای بوی متعادل و آروماتیک ها دارای بوی تند می باشند. ترکیبات گوگردی نیز بوی شدید و گاه زننده ای دارند که بر سایر بوها غلبه دارد. معیار استانداردی جهت تعیین بو وجود ندارد و در مورد حلال ها “نداشتن بوی نامطبوع” را به عنوان مشخصه ذکر کرده اند.

  • ایمنی و عدم سمیت

حلال های نفتی بسیار آتشگیر بوده، می توانند در حضور هوا ایجاد انفجار نمایند. به همین دلیل باید نقطه اشتعال آنها که با فراریت و فشار بخارشان در ارتباط است، دقیقا مشخص شود. نقطه اشتعال حلال های SBP کمتر ار دمای محیط (18 درجه سانتیگراد) و درمورد اسپریتهای سفید حدود 23 درجه سانتی گراد است.

به سبب آتشگیر بودن حلالها ، هنگام بارگیری و حمل آنها باید مقررات ویژه ای اعمال گردد. خطر دیگر، مسمومیت در اثر تنفس حلال است که به مقدار بنزن آن بستگی دارد. معمولا مقدار مجاز بنزن در لیست مشخصات حلال ذکرمی گردد.

  • گرانروی

در بعضی موارد، گرانروی نیز به عنوان مشخصه یک حلال ذکر می گردد. به طور کلی  هرچه چگالی و دمای جوش یک حلال بالاتر باشد ، گرانروی آن بیشتر است.

حلالها در رنگها و پوششها

در رنگها ، حلالها اجزای مورد استفاده در فرمولاسیون را حل کرده یا پراکنده می کنند ، تا رنگ از قوام مورد نظر برای استفاده برخوردار شود و از ایجاد توده یا گلوب جلوگیری شود. به برخی از اسپری رنگها استرهای گلیکول اتر اضافه می شود تا از خشک شدن آنها در هوا جلوگیری کند. تبخیر آرام این گروه قدرتمند از حلال ها به این معنی است که به عنوان مثال اتومبیل ها می توانند چندین رنگ صاف و بی نقص از رنگ را برای یک پایان زیبا و با دوام تر بدست آورند.

حلال ها در مرکب ها

بسیاری از جوهرها ، که برای چاپ همه چیز از مجلات گرفته تا بسته بندی مواد غذایی و برچسب ها استفاده می شوند ، به حلال ها برای استفاده صحیح ، ثابت ماندن و دستیابی به رنگ های زنده متکی هستند. از تولوئن حلال هیدروکربن به عنوان حلال جوهر در یک نوع چاپ تخصصی مجله استفاده می شود ، زیرا به سرعت تبخیر می شود تا از لکه گیری جلوگیری کند و تولوئن باقی مانده به راحتی بازیافت شود.

حلال های موجود در محصولات مراقبت شخصی

بسیاری از محصولات آرایشی برای حل مواد ، به حلالها اعتماد کرده و آنها را قادر به عملکرد صحیح می کنند. از حلال ها در لوسیون ها ، پودرها و کرم های اصلاح استفاده می شود تا قوام مناسب برای محصول فراهم شود. اتانول به دلیل بوی کمی که دارد توسط سازندگان عطر به عنوان حلال انتخابی استفاده می شود. نقطه جوش کم اتانول به این معنی است که حلال به سرعت تبخیر می شود و روی پوست باقی نمی ماند. از اتیل استات یا استون در لاک ناخن استفاده می شود و به ویژه به دلیل خاصیت خشک شدن سریع آن بسیار ارزشمند است. این ماده همچنین در مایعات پاک کننده لاک ناخن استفاده می شود ، و قدرت قدرت بالای آن به این معنی است که می توان لاک را به راحتی از ناخن پاک کرد.

حلالها در محصولات تمیز کردن

اترهای گلیکول به عنوان یک جز active فعال در فرمول های تمیز کننده سطح شیشه ، کف و سایر مواد سخت ، بسیار موثر هستند. این حلال ها از سازگاری خوبی با آب ، قدرت حلالیت بالا برای گریس ها و روغن ها و تجزیه بیولوژیکی مناسب برخوردار هستند. از ایزوپارافین برای تمیز کردن خشک لباس استفاده می شود. این حلالها به دلیل بوی کم ، سلامت مطلوب و مشخصات محیطی ، ویژگیهای خاص حمل و نقل و کارایی عالی در تمیز کردن ، ارزیابی می شوند.

حلالها در کاربردهای بهداشتی

از حلالها در صدها محصول دارویی استفاده می شود و به بسیاری از داروهایی که امروزه مردم استفاده می کنند ، از پنی سیلین گرفته تا آسپیرین ، شربت سرفه و پمادهای موضعی ، کمک می کند. از بوتیل استات برای پاکسازی پنی سیلین با نگه داشتن ناخالصی ها در محلول استفاده می شود در حالی که پنی سیلین با استخراج به طور انتخابی از مخلوط واکنش خارج می شود.

حلالها در خودرو

حلالها به مایع شوینده کمک می کنند تا آلودگی و آلودگی شیشه را از بین ببرد. ایزوپروپیل الکل به عنوان یخ زدایی و تمیزکننده شیشه جلو اتومبیل استفاده می شود زیرا به شکل مایع کاملاً در زیر نقطه انجماد آب باقی می ماند و بنابراین به از بین بردن یخ کمک می کند. این لکه های ظاهر شده روی شیشه را از بین می برد و همچنین در خانه در محصولات تمیز کننده پنجره استفاده می شود. از هیدروکربنهای آلیفاتیک در تولید لاستیک استفاده می شود. حلال قبل از استفاده از لایه بعدی ، هر لایه لاستیک را نرم و تمیز می کند و کیفیت چسبندگی آن باعث افزایش اجزای مختلف لاستیک برای افزایش ایمنی و بهبود عملکرد می شود.

انواع حلال های آلی

حلال های آلی به سه دسته هیدروکربنی ، اکسیژنی و هالوژنی تقسیم می شوند که در ادامه به هر کدام از این دسته ها خواهیم پرداخت:

حل کننده های هیدروکربنی

این مواد به دو دسته آلیفاتیک و آروماتیکی (بنزن، تولوئن، زایلن و …) تقسیم می شوند. این ترکیبات را عموما از نفت خام استخراج می کنند، در برخی موارد ترکیبی از مواد مختلف مورد استفاده قرار می گیرد . به عنوان مثال پارافین های خطی دارای ویسکوزیته پایینی هستند و در عوض پارافین های شاخه دار ویسکوزیته بالایی دارند و خواص دما پایین بسیار خوبی دارند. ترکیبی از این مواد حلالی با ویسکوزیته مناسب و خواص دما پایین خوبی به ما می دهد. در ادامه به معرفی مثال هایی از این مواد و کاربردهای آنها خواهیم پرداخت.

آلیفاتیک ها (Aliphatic)

ترکیبات آلیفاتیک به موادی اطلاق می شود که در ساختار خود حلقه های آروماتیک ندارند همانند آلکان ها، آلکن ها و … . 

سیکلو هگزانون

سیکلوهگزانون مایعی است روغنی که بی رنگ و یا متمایل به زرد است. کاربردهای فراوانی دارد اما به عنوان Solvent برای تولید علف کش ها، سلولز، رزین های طبیعی و سنتزی، واکس ها ، چربی ها و غیره کاربرد دارد.

حلال های آروماتیک (Aromatic)

بنزن (Benzene)

بنزن به عنوان ساده ترین ترکیب آروماتیک شناخته می شود و علی رغم اثرات مضری که می تواند بر بدن انسان بگذارد به دلیل ساختار مولکولی خاصی که دارد استفاده های مختلف و فراوانی از آن می شود. از بنزن در ساخت لاستیک و تایر، صنعت چاپ و ساخت رنگ، تولید رزین، چسپ، نایلون، استایرن و در ترکیب حلال های صنعتی برای پاک کردن گریس و چربی از روی سطوح مختلف، استفاده می شود.

تولوئن (Toluene)

تولوئن یکی دیگر از ترکیبات آروماتیک محبوب است که بیشترین کاربرد آن به عنوان حلال شیمیایی در صنایع مختلف است. هرچند این ماده برای سلامتی انسان مضر است اما خواص و قابلیت های خوبی که در حل کردن ترکیبات مختلف دارد باعث شده است که به صورت گسترده در تولید انواع سوخت ها، محصولات پاک کننده خانگی و صنعتی، پارچه و چرم، گریس و مواد روان کننده و … مورد استفاده قرار بگیرد.

حل کننده های اکسیژنی

در این دسته مواد الکلی، کتونی، آلدهیدی، گلیکول اترها، استر ها و … قرار دارند. در ادامه به معرفی برخی از این مواد خواهیم پرداخت.

اتانول آمین (Ethanolamine)

این ترکیبات در ساختار خود هم گروه الکلی و هم گروه آمینی دارند، این خاصیت باعث شده است که مونو اتانول آمین، دی اتانول آمین و تری اتانول آمین به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. یکی از عمده کاربردهای این مواد به عنوان حلال، حذف گوگرد موجود در گازهای خروجی از پالایشگاه هاست. از دیگر موارد کاربرد می توان به استفاده در تولید امولسیفایرها، مواد شوینده، صنعت نساجی و … اشاره کرد.

ایزوبوتانول (Isobutanol)

ایزوبوتانول یک الکل آلیفاتیک است که در دمای اتاق مایع است و رنگی نسبتا شفاف دارد. خواص فیزیک و شیمیایی مناسب این ماده از آن حلالی مناسب ساخته است و در ساخت موادی همچون تینر و حل کننده رنگ، پولیش ماشین، طعم دهنده در صنایع غذایی و … به عنوان حلال مورد استفاده قرار می گیرد.

متیل اتیل کتون (Methyl ethyl ketone)

متیل اتیل کتون یا بوتانون از جمله محبوبترین حل کننده ها در ساخت رنگ و انواع پوشش جامدات است، به صورتی که بیش از نصف این ماده در این صنایع مصرف می شود. از دیگر کاربردهای آن می توان به استفاده در ساخت سیمان و پلیمر اشاره کرد.

حل کننده های هالوژنی

به موادی که در ساختار خود عنصری از گروه هالوژن ها ( کلر، برم و …) داشته باشد، هالوژنی گفته می شود.

متیلن کلراید (methylene chloride)

متیلن کلراید یکی از اعضای خانواده حلال های شیمیایی هالوژنی است که فرار، بی رنگ و سمی است. به دلیل قابلیت بالایی که در حل کردن گریس و چربی ها دارد به صورت گسترده برای پاک کردن آلودگی ها از سطح تجهیزات هواپیما، ریل قطار، تجهیزات خودرو و … استفاده می شود. در پاک کردن گریس و روغن از روی تجهیزات هواپیما بخار این ماده را با فشار روی سطح مورد نظر اعمال می کنند. علاوه بر مصارف پاک کنندگی از متیلن کلراید در ساخت رنگ، پلاستیک، فیلم عکاسی و جوهر چاپ هم استفاده می شود.

پرکلرواتیلن (Perchloroethylene)

پرکلرواتیلن مایعی شفاف و دارای بویی ملایم است. به دلیل قابلیت بسیار خوبی که در حل کردن انواع ترکیبات روغنی و گریسی دارد، عموما به عنوان پاک کننده مورد استفاده قرار می گیرد. در خشک شویی ها برای پاک کردن انواع چربی و لکه ها از این ماده استفاده می کنند، قابلیت بالای حل کردن آلودگی ها و فراریت بالا از جمله ویژگی هایی هستند که این ماده را برای شست و شوی خشک ایده آل کرده اند.

حل کننده های شیمیایی ویژه

دسته دیگری نیز از حلال های شیمیایی وجود دارند که با نام  White spirit شناخته می شوند. این ترکیبات شامل هیدروکربن هایی با تعداد اتم های کربن بین 7 تا 12 هستند و در ساختار آن ها عموما ترکیباتی همچون هگزان، تولوئن، بنزن و … وجود دارد. این مواد با نام های حلال 402،403، 406 و … شناخته میشوند و عمده استفاده از آنها مربوط به رقیق کردن لاک و رنگ ، پاک کردن تجهیزات صنعتی، تهیه قیر و لاستیک و … است.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد حلال 402 به صفحه محصول آن مراجعه فرمایید . 

حلال های معدنی همانگونه که گفته شد آب معروف ترین حلال و معدنی است. خواصی مانند قطبی بودن ، توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی و همچنین فراوانی در کره زمین این ماده را به پر مصرف ترین حل کننده موجود تبدیل کرده است. علاوه بر این ترکیبات آبی حاوی افزودنی های خاص مانند سورفکتانت ها، شوینده ها، بافرها و بازدارنده ها نیز می توانند به عنوان حلال معدنی  مورد استفاده قرار گیرند. برخی از حل کننده های معدنی عبارتند از آمونیاک، اسید سولفوریک غلیظ، سولفوریل کلرید فلوراید، کربن دی سولفید و … که در موارد مختلف مورد استفاده قرار می گیرند

حلال ها چگونه کار می کنند؟

در شیمی ، از حلالها – که عموماً به صورت مایع هستند – برای حل کردن ، تعلیق یا استخراج مواد دیگر استفاده می شود ، معمولاً بدون تغییر شیمیایی حلالها یا سایر مواد

حلال های آلی چیست؟

حلال های آلی حلالهای مبتنی بر کربن هستند (به عنوان مثال ، آنها در ساختار مولکولی خود حاوی کربن هستند). بسیاری از طبقات مختلف مواد شیمیایی می توانند به عنوان حلال های آلی استفاده شوند ، از جمله هیدروکربن های آلیفاتیک ، هیدروکربن های معطر ، آمین ها ، استرها ، اترها ، کتون ها و هیدروکربن های نیترات یا کلر. برخی از متداول ترین کاربردهای حلال های آلی شامل سنتز شیمیایی ، تمیز کردن خشک لباس ، رقیق کننده های رنگ ، پاک کننده های ناخن و ناخن و همچنین مواد شوینده