تهنشینی: وقتی مواد تصمیم میگیرند بنشینند!
تهنشینی چیست و چگونه رخ میدهد؟
تهنشینی یک روش فیزیکی برای جدا کردن ذرات جامد از یک مایع یا گاز است. وقتی مادهای به طور کامل در آب (یا مایع دیگری) حل نمیشود، به صورت ذرات ریز در آن پخش میشود و یک مخلوط ناهمگن به نام سوسپانسیون5 میسازد. اگر این مخلوط را به حال خود بگذاریم، نیروی جاذبه زمین ($g$) وارد عمل میشود و چون ذرات جامد معمولاً چگالتر از مایع اطرافشان هستند، به تدریج به سمت پایین کشیده میشوند و در نهایت در کف ظرف جمع میشوند. این لایه جمع شده را رسوب6 مینامیم.
چه عواملی بر سرعت تهنشینی اثر میگذارند؟
همه ذرات با یک سرعت تهنشین نمیشوند. سرعت این فرآیند به چند عامل مهم بستگی دارد که در جدول زیر به آنها اشاره کردهایم:
| عامل مؤثر | تأثیر بر سرعت تهنشینی | مثال ملموس |
|---|---|---|
| اندازه ذرات | ذرات درشتتر سریعتر تهنشین میشوند. | شن در آب، خیلی سریع تهنشین میشود اما گلِ ریز ممکن است ساعتها در آب شناور بماند. |
| چگالی ذرات | ذرات با چگالی بیشتر (سنگینتر نسبت به حجم) سریعتر تهنشین میشوند. | ذرات ماسه از ذرات چوب پنبه در آب سریعتر تهنشین میشوند. |
| گرانروی مایع | مایعات غلیظ و چسبناک (مثل عسل) سرعت تهنشینی را بسیار کم میکنند. | تهنشینی یک ذره در عسل ممکن است روزها طول بکشد، اما در آب خیلی سریع است. |
| دما | افزایش دما معمولاً با کاهش گرانروی مایع، سرعت تهنشینی را افزایش میدهد. | گل داخل آب گرم، زودتر از آب سرد تهنشین میشود. |
رابطه برخی از این عوامل را میتوان سادهسازی کرد. به طور کلی، اگر ذرهای کروی شکل را در نظر بگیریم، نیروی گرانش که آن را به پایین میکشد با چگالی ذره و حجم آن مرتبط است ($F_{gravity} \propto \rho_{solid}$) در حالی که مقاومت مایع در برابر حرکت ذره با گرانروی مایع و سرعت ذره مرتبط است.
تهنشینی در خدمت زندگی: از تصفیه آب تا تهیه ماست
این پدیده ساده، کاربردهای بسیار مهمی در صنعت و زندگی روزمره ما دارد. در ادامه به چند نمونه آشنا اشاره میکنیم:
۱. تصفیه خانههای آب: یکی از مهمترین مراحل تصفیه آب، لختهسازی و تهنشینی8 است. مواد شیمیایی به آب اضافه میشوند تا ذرات ریز گل و لای و آلودگیها به هم بچسبند و تشکیل ذرات درشتتری به نام «لخته» بدهند. این لختههای درشت به دلیل وزن بیشتر، در استخرهای بزرگ به نام «حوضچه تهنشینی» به سرعت در کف مینشینند و آب نسبتاً زلال از بالای آن برداشت میشود.
۲. تهیه ماست و دوغ: وقتی شیر ترش میشود یا با مایه ماست مخلوط میشود، بخشی از پروتئینهای شیر (کازئین9) منعقد شده و به صورت دلمههای جامد در میآیند. اگر ظرف را بیحرکت بگذاریم، این دلمهها پس از مدتی تهنشین میشوند و در واقع بخشی از همان ماست غلیظ را تشکیل میدهند. آب رویی آن نیز آب ماست یا پروبیوتیک طبیعی است.
۳. جدا کردن نشاسته از آب: اگر مقداری آرد را در آب هم بزنید و بگذارید بماند، پس از مدتی نشاسته موجود در آرد که در آب حل نمیشود، در ته ظرف یک لایه سفید رنگ تشکیل میدهد. این یک آزمایش ساده برای مشاهده مستقیم تهنشینی است.
۴. جدا کردن روغن از آب: این یک حالت خاص است. چون روغن از آب سبکتر است، برعکس حالت معمول، روغن به جای تهنشینی، بالا میآید. این پدیده نیز بر اساس اختلاف چگالی و جدایی بر اثر نیروی گرانش است که گاهی به آن «تهنشینی معکوس» یا شناوری10 میگویند.
سؤالات رایج درباره تهنشینی
پاورقی و واژهنامه
1 تهنشینی (Sedimentation)
2 مخلوط ناهمگن (Heterogeneous Mixture): مخلوطی که اجزای آن به طور یکنواخت پخش نشدهاند و میتوان آنها را دید.
3 ذرات معلق (Suspended Particles)
4 نیروی گرانش (Gravity Force)
5 سوسپانسیون (Suspension): نوعی مخلوط ناهمگن جامد در مایع که ذرات آن پس از مدتی تهنشین میشوند.
6 رسوب (Sediment)
7 انحلال (Dissolution)
8 لختهسازی و تهنشینی (Coagulation and Sedimentation)
9 کازئین (Casein): پروتئین اصلی شیر.
10 شناوری (Flotation)
11 امولسیونکننده (Emulsifier): مادهای که باعث مخلوط ماندن موادی مانند روغن و آب میشود.
12 تثبیتکننده (Stabilizer): مادهای که از جدا شدن اجزای یک مخلوط جلوگیری میکند.
