تقطیر: هنر جداسازی مایعات
تقطیر چگونه کار میکند؟ سه گام اصلی
فرآیند تقطیر بسیار ساده و مبتنی بر تغییر فاز مواد است. تصور کنید میخواهیم آب خالص را از آب نمک جدا کنیم. برای این کار سه مرحلهی اصلی را دنبال میکنیم :
۱. تبخیر (تبدیل به بخار): مخلوط را حرارت میدهیم. آبی که نقطه جوش پایینتری دارد (حدود 100 درجه سانتیگراد) میجوشد و به بخار تبدیل میشود، اما نمک که نقطه جوش بسیار بالاتری دارد، در ظرف اولیه باقی میماند.
۲. میعان (تبدیل بخار به مایع): بخار آب تولیدشده را به داخل یک لولهی سرد (چگالنده یا کندانسور[2]) هدایت میکنیم. با برخورد به سطح سرد، بخار سرد شده و دوباره به صورت قطرههای آب مایع درمیآید.
۳. جمعآوری: این آب مایع شده که حالا دیگر نمک ندارد، در ظرف جدیدی جمعآوری میشود. به این محصول، مقطر میگویند.
مقایسه دو روش اصلی: تقطیر ساده در مقابل تقطیر جز به جز
همهی مخلوطها شبیه به هم نیستند. بسته به اینکه اجزای تشکیلدهندهی آنها چقدر از نظر نقطه جوش با هم تفاوت دارند، از روشهای مختلف تقطیر استفاده میشود. دو روش بسیار رایج، تقطیر ساده و تقطیر جز به جز[3] هستند .
| ویژگی | تقطیر ساده | تقطیر جز به جز |
|---|---|---|
| اصل کار | یک بار تبخیر و میعان | چندین بار تبخیر و میعان پیاپی در یک ستون تقطیر |
| اختلاف نقطه جوش مناسب | زیاد (بیش از 25-30 درجه سانتیگراد) | کم (کمتر از 25-30 درجه سانتیگراد) |
| کارایی جداسازی | برای جداسازی اولیه یا خالصسازی نسبی | برای جداسازی دقیق و بهدست آوردن مواد با خلوص بالا |
| مثال کاربردی | تهیه آب مقطر از آب لولهکشی، نمکزدایی از آب دریا | پالایش نفت خام به محصولاتی مثل بنزین و نفتسفید |
| تجسم ساده | جدا کردن برنج از نمک با کمک باد | جدا کردن مهرههای رنگی بسیار شبیه به هم با الکهای بسیار دقیق |
در تقطیر جز به جز، از یک ستون بلند استفاده میشود. وقتی بخارات به بالای این ستون حرکت میکنند، مرتباً سرد شده و به مایع تبدیل میشوند و دوباره گرم شده و تبخیر میگردند. این چرخهی پیاپی باعث میشود مادهای با نقطه جوش پایینتر، مرحله به مرحله خالصتر شده و به بالای ستون برسد، در حالی که مواد با نقطه جوش بالاتر در بخشهای پایینتر ستون جمع میشوند .
تقطیر در زندگی روزمره: از آشپزخانه تا پالایشگاه
شاید جالب باشد بدانید که تقطیر فقط محدود به آزمایشگاههای شیمی نیست. نمونههای زیادی از کاربرد آن در اطراف ما وجود دارد:
تولید آب آشامیدنی در کشتیها یا مناطق خشک: با تقطیر ساده، نمک و ناخالصیهای آب دریا جدا شده و آب شیرین تولید میشود .
صنعت نفت: مهمترین کاربرد تقطیر جز به جز، در پالایشگاههای نفت است. نفت خام مخلوط پیچیدهای از هزاران ماده با نقاط جوش مختلف است. در برجهای بلند تقطیر، نفت خام حرارت میبیند و برشهای مختلفی مانند گاز (<40°C)، بنزین (40-200°C)، نفت سفید (175-275°C) و نفت گاز (>275°C) از آن استخراج میشوند .
تهیه عرقیات گیاهی: گلاب، عرق نعنا و دیگر عرقیات سنتی با تقطیر بخار آب از گیاهان تازه یا خشک بهدست میآیند. بخار آب از میان گیاهان عبور کرده و اسانسهای معطر آنها را جدا میکند .
تولید نوشیدنیها: در تولید برخی نوشیدنیها مانند ویسکی یا عرق، از تقطیر برای افزایش غلظت الکل استفاده میشود .
پرسشهای رایج درباره تقطیر
خیر، همیشه اینطور نیست. برخی مخلوطها به نام آزئوتروپ[4]، رفتاری خاص دارند. در این مخلوطها (مانند الکل و آب در غلظتی خاص)، بخار حاصل ترکیبی مشابه خود مایع دارد. بنابراین، تقطیر ساده یا جز به جز معمولی نمیتواند آنها را کاملاً خالص کند و نیاز به روشهای پیشرفتهتری است .
تقطیر یک تغییر فیزیکی است. در این فرآیند، تنها حالت فیزیکی مواد (از مایع به بخار و دوباره به مایع) تغییر میکند، اما مولکولهای تشکیلدهندهی آنها دگرگون نمیشوند و ترکیب شیمیایی جدیدی ایجاد نمیگردد .
بله. نقطه جوش به فشار هوا بستگی دارد. در ارتفاعات بالا که فشار هوا کمتر است، آب در دمای پایینتری (مثلاً 95 درجه سانتیگراد) میجوشد. از این اصل در روش تقطیر در خلاء استفاده میشود. در این روش با کاهش فشار، مواد حساسی که در دمای معمولی تجزیه میشوند، در دمای پایینتری تقطیر میشوند .
پاورقی
[1] تقطیر (Distillation): روشی فیزیکی برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع بر پایهی اختلاف در نقطه جوش آنها .
[2] کندانسور (Condenser): بخشی از دستگاه تقطیر که وظیفهی سرد کردن بخارات و تبدیل آنها به مایع را بر عهده دارد .
[3] تقطیر جز به جزء (Fractional Distillation): نوعی تقطیر که در آن با استفاده از یک ستون، عمل تبخیر و میعان به صورت پیاپی انجام میشود تا جداسازی اجزایی با نقطه جوش نزدیک به هم ممکن شود .
[4] آزئوتروپ (Azeotrope): مخلوط خاصی از دو یا چند مایع که در آن ترکیب درصد فاز بخار و مایع یکسان است و با تقطیر معمولی نمیتوان اجزای آن را کاملاً از هم جدا کرد .
