شیمیدان آلی باتجربه به ندرت واکنش هایی را می یابد که فقط محصول (یا محصولات)مورد نظرش را تولید کند.علت این عمل آن است که در مخلوط واکنش همراه با محصول مورد نظر مقادیر مختلفی از مواد اولیه تغییر نیافته و حلال ومحصول واکنشهای جانبی که همزمان با واکنش اصلی انجام می شوند وجود دارد.
شیمیدان نیروی زیادی را صرف می کند تا محصول مورد نظر را از چنین ناخالصی هایی جدا کند.هدف از این تحقیق ارائه روشهای مهمی است که شیمیدان امروزی جهت تفکیک و تخلیص ترکیبات آلی به کار برد.
تقطیر
روشهای مختلفی برای جداسازی مواد اجزای سازنده یک محلول وجود دارد که یکی از این روشها فرایند تقطیر می‌باشد در روش تقطیر جداکردن اجزاء یک مخلوط ، از روی اختلاف نقطه جوش آنها انجام می‌گیردتقطیر ، در واقع ، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج می‌شود.. تقطیر در عمل به دو روش زیر انجام می‌گیرد. روش اول شامل تولید بخار از طریق جوشاندن یک مخلوط مایع ، سپس میعان بخار ، بدون اینکه هیچ مایعی مجددا به محفظه تقطیر بازگردد. در نتیجه هیچ مایع برگشتی وجود ندارد. در روش دوم قسمتی از بخار مایع شده به دستگاه تقطیر باز می‌گردد و به صورتی که این مایع برگشتی در مجاورت بخاری که به طرف مبرد می‌رود قرار می‌گیرد. هر کدام از این روشها می‌توانند پیوسته یا ناپیوسته باشند.
تقطیر، معمولترین روشی است که برای تخلیص مایعات به کار می رود. دراین عمل مایع را به کمک حرارت تبخیر می کنند و بخار مربوطه را در ظرف جداگانه ای متراکم می کنند و محصول تقطیر را بدست می آورند. چنانچه ناخالصیهای موجود در مایع اولیه فرار نباشند، در باقی مانده تقطیر به جا می مانند و تقطیر ساده جسم را خالص میکند. در صورتی که ناخالصیها فرار باشند، تقطیر جزء به جزء مورد احتیاج خواهد بود.
چنانچه ناخالصی های موجود در مایع اولیه فرار نباشد در باقیمانده تقطیر به جا می ماند و تقطیر ساده نمونه را خالص می کند.در صورتیکه فرار باشند تقطیر جز به جز مورد نیاز خواهد بود.اگر فقط یک ماده فرار بوده و اختلاف نقطه ی جوش این ماده با ناخالصی های موجود در آن زیاد باشد (حدود 30درجه)می توان برای جدا کردن این ماده از ناخالصی ها از تقطیر ساده استفاده نمود.از تقطیر ساده معمولا د جداسازی مخلوط مایعاتی استفاده می شود که نقطه یجوشی در محدوده 40تا150درجه دارندزیرا در دمای بالاتر از 150درجه بسیاری از ترکیبات آلی تجزیه می شوندودر دمای جوش کمتر از 40درجه مقدار زیادی از مایع در ضمن تقطیرهدر می رود.
در تقطیر مخلوطی ازدو یا چند جسم فشاربخار کل تابعی از فشار بخار هر یک از اجزا و کسر مولی آنه می باشد. بر اساس قانون رائول فشار بخار جزیی یک ترکیب فرار در یک محلول ایده آل با حاصلضرب فشار بخار در کسر مولی آن برابر است.بنابراین در بخار موجود بر سطح دو یا چند جزمحلول فرار ذرات کلیه اجزا شرکت کننده در محلول یافت می شود.رابطهی بین فشار بخار کل(Pt)با فشار جزیی (Pi)و کسر مولی اجزا(Xi)به صورت زیر است:
Pt=PaXa+PbXb+PcXc+……
نکته:اگر در محلولی شامل دو ماده شیمیایی فرار یک جز دارای فشار بخار بیشتری از جز دیگر باشد بخار حاصل از آن در مقایسه با مایع دارای درصد بیشتری از جسم فرارتر خواهد بود.
ظروف معمولی در خلل و شکاف های جدار خود دارای بسته ها ی هوای محبوس می باشند.با ریختن مایع در ظرف محفظه بسته ها از بخار پر می شود.وقتی که دمای مایع افزایش می یابد بخار آنقدر به حالت متراکم باقی می ماند تا اینکه از فشار بخار روی مایع بیشتر شود.در این حالت بخار به دام افتاده افزایش حجم پیدا می کند و به صورت حباب هایی به سطح مایع رسیده و خارج می گردد. حالت به هم خوردگی حاصل از حباب ها (جوش)حباب های هوای بیشتری را به داخل مایع کشانده و فرایند با تشکیل بخار ادامه می یابد.
با حرارت دادن مایعات درظروف شیشه ای که دارای سطوحی نسبتا صاف و یکنواخت می باشند حالت جوش ایجاد نمی شود و اگر درجه حرارت به اندازه کافی افزایش یابد به حالت انفجاری تبخیر می گردند.برای اجتناب از خطرات مربوط به جوشش ناگهانی (به صورت ضربه ای)منبعی برای دمیدن حباب ها به درون مایع قبل از حرارت دادن و عمل جوش لازم است. در شرایط معمولی (فشارجو)این منبع سنگ جوش می باشد.سنگ جوش دانه هایی حاوی خلل ریز در خود بوده که در آن مولکولهای هوا حبس شده اند.با قرار گرفتن این دانه ها در حلول حباب ها از سطح آنها تشکیل شده واز جوشیدن انفجاری و تاخیر در جوش جلوگیری می نماید.
در ادامه به معرفی انواع روشهای تقطیر و توضیح اجمالی در ارتباط با آنها پرداخته ایم:
انواع تقطیر :
تقطیر ساده:
به عنوان مثال هنگامیکه ناخالصی غیر فراری مانند شکر به مایع خالصی اضافه می شود فشار بخار مایع تنزل می یابد.علت این عمل آن است که وجود جز غیر فرار به مقدار زیادی غلظت جز اصلی فرار را پایین می آورد یعنی دیگر تمام مولکولهایی که در سطح مایع موجودند مولکولهای جسم فرار نیستند و بدین ترتیب قابلیت تبخیر مایع کم می شود.نمودار ارائه شده در زیر اثر جز غیر فرار را در فشار بخار مخلوط نشان می دهد:
تقطیر ساده را می توان به دوصورت تعریف کرد:1-تقطیر ساده غیر مداوم 2-تقطیر ساده مداوم
- تقطیر ساده غیر مداوم : در این روش تقطیر ، مخلوط حرارت داده می‌شود تا بحال جوش درآید بخارهایی که تشکیل می‌شود غنی از جزء سبک مخلوط می‌باشد پس از عبور از کندانسورها (میعان کننده ها) تبدیل به مایع شده ، از سیستم تقطیر خارج می‌گردد. به تدریج که غلظت جزء سنگین مخلوط در مایع باقی مانده زیاد می‌شود، نقطه جوش آن بتدریج بالا می‌رود. به این ترتیب ، هر لحظه از عمل تقطیر ، ترکیب فاز بخار حاصل و مایع باقی مانده تغییر میکند.
• تقطیر ساده مداوم : در این روش ، مخلوط اولیه (خوراک دستگاه) بطور مداوم با مقدار ثابت در واحد زمان ، در گرم کننده گرم می‌شود تا مقداری از آن بصورت بخار درآید، و به محض ورود در ستون تقطیر ، جزء سبک مخلوط بخار از جزء سنگین جدا می شود و از بالای ستون تقطیر خارج می‌گردد و بعد از عبور از کندانسورها ، به صورت مایع در می‌آید جزء سنگین نیز از ته ستون تقطیر خارج می‌شود. قابل ذکر است که همیشه جزء سبک مقداری جزء سنگین و جزء سنگین نیز دارای مقداری از جزء سبک است.
نکته:در تقطیر یک ماده خالص چنانچه مایع زیاده از حد گرم نشوددرجه حرارتی که در گرماسنج دیده می شود یعنی درجه حرارت دهانه ی خروجی با درجه حرارت مایع جوشان در ظرف تقطیر یعنی درجه حرارت ظرف یکسان است.درجه حرارت دهانه خروجی که به این ترتیب به نقطه جوش مایع مربوط می شود در طول تقطیر ثابت می ماند.
هرگاه در مایعی تقطیر می شود ناخالصی غیر فراری موجود باشد درجه حرارت دهانه خروجی همان درجه حرارت مایع خالص است زیرا ماده ای که بر روی حباب گرماسنج متراکم می شود به ناخالصی آلوده نیست.ولی درجه حرارت ظرف به علت کاهش فشا بخار محلول بالا می ررود. در جریان تقطیر درجه حرارت ظرف نیز افزایش می یابد.زیرا که غلظت ناخالصی با تقطیر جز فرار به تدریج زیاد می شود و فشار بخار مایع بیشتر پایین می اید.با وجود این درجه حرارت دهانه خروجی مانند مایع خالص ثابت می ماند.رابطه کمی موجود بین فشار بخاروترکیب مخلوط همگن مایع(محلول)به قانون رائول معروف است و به صورت معادله زیر بیان می شود:
جز مولی Rبه جزیی اطلاق می شود که تمام مولکولهای موجود در آن مولکولهای Rباشند.برای به دست آوردن این جز مولی تعداد مولهای Rدر مخلوط را بر مجموع تعداد مولهای اجزا سازنده تقسیم می کنند.معادله در زیر آمده است:
باید دانست که در بالای محلول ایده آلی که محتوی Rاست فشار بخار جزR فقط به جزمولی Rبستگی داردوبه هیچ وجه به فشار بخار اجزای دیگر مربوط نیست.چنانچه کلیه اجزا به غیر از Rغیر فرار باشند فشار بخار کلی مخلوط برابر با فشار جز Rاست زیرا می توان فشار بخار ترکیبات غیر فرار را صفر فرض کرد.در نتیجه محصول تقطیر چنین مخلوطی همیشه Rخالص است.ولی اگر دو یا چند جز فرار باشند در این صورت فشار بخار کل برابر با مجموع فشار بخارهای جزیی هر یک از اجزای فرار خواهد شد.(قانون دالتون-در اینجا RوSوTفقط به اجزای فرار مربوط می شود:)
چنین مخلوط مایعی که در بالا توضیح داده شد تفاوت زیادی دارد زیرا در اینجا ممکن است محصول تقطیر هر یک از اجزای فراررا در بر داشته باشد.تفکیک دراین حالت احتیاج به تقطیر جز به جز دارد.چگونگی انجام تقطیر جز به جز در ادامه آمده است.
- تقطیر تبخیر آنی (ناگهانی): وقتی محلول چند جزئی مانند نفت خام را حرارت می‌دهیم، اجزای تشکیل دهنده آن بترتیب که سبکتر هستند، زودتر بخار می‌شود. برعکس وقتی بخواهیم این بخارها را سرد و دوباره تبدیل به مایع کنیم، هر کدام که سبکتر باشد دیرتر مایع می‌گردد. با توجه به این خاصیت ، می‌توانیم نفت خام را به روش دیگری که به آن "تقطیر آنی" گویند، تقطیر نماییم. در این روش ، نفت خام را چنان حرارت می‌دهیم که ناگهان همه اجزای آن تبدیل به بخار گردد و سپس آنها را سرد می‌کنیم تا مایع شود. در اینجا ، بخارها به ترتیب سنگینی ، مایع می‌شوند یعنی هرچه سنگینتر باشند، زودتر مایع می‌گردند و بدین گونه ، اجزای نفت خام را با ترتیب مایع شدن از هم جدا می‌کنیم.
شامل 14 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله آشنایی با روشهای تفکیک و تخلیص ترکیبات آلی
