حلال ماده ای شیمیایی است که ماده شیمیایی دیگری را حل می‌کند و محلولی را به شکل مخلوط همگن تشکیل می‌دهد. حلال شیمیایی جزء موجود در محلول است که بیشترین مقدار را دارد و شکل فیزیک و شیمیایی ماده را به صورت جامد، مایع یا گاز تعیین می‌کند. به عبارت دیگر، حلال بخشی است که معمولاً بیش از 50 درصد یک محلول را تشکیل می‌دهد، در حالی که املاح بخشی است که در حلال مخلوط می‌شود. به طور معمول، محلول کمتر از 50٪ محلول است. حلال‌ها معمولاً، اما نه لزوماً همیشه، مایع هستند و همچنین می‌توانند گاز یا جامد باشند.
حلال های شیمیایی چیست؟
حلال های شیمیایی (Solvents) موادی هستند که در فرآیندهای شیمیایی و صنعتی برای حل کردن، مخلوط کردن و استخراج مواد مورد نیاز استفاده می‌شوند. با توجه به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود می‌توانند موادی را به صورت مایع یا گاز داشته باشند و از این رو در فرآیندهای مختلفی مانند تولید دارو، رنگ، پوشش، چسب، شستشوی صنعتی و … استفاده می‌شوند.
انتخاب حلال مناسب به نوع موادی که باید حل شوند و شرایط مورد استفاده بستگی دارد. از ویژگی‌های مهمی که در انتخاب حلال باید در نظر گرفته شود می‌توان به حلالیت، پایداری شیمیایی، قابلیت بازیافت، سمیت و سازگاری با محیط اشاره کرد. استفاده اصولی و رعایت نکات ایمنی در استفاده از حلال های شیمیایی بسیار مهم است. شامل استفاده در مکان‌هایی با تهویه مناسب، استفاده از تجهیزات حفاظت شخصی مناسب مانند دستکش و عینک ایمنی و دسترسی به اطلاعات ایمنی، برچسب‌ها و فایل‌های اطلاعاتی برای هر حلال است.
دسته بندی حلال های شیمیایی
در ابتدا به دلیل وجود یا عدم وجود کربن در انواع حلال‌ها می‌توان آنها را به دو دسته حلال‌های آلی و حلال‌های معدنی تقسیم کرد. در ادامه به توضیح هر یک می‌پردازیم:
حلال‌های آلی
در فروش مواد شیمیایی حلال‌های آلی از ترکیبات آلی، یعنی ترکیباتی که حاوی کربن هستند، تشکیل شده اند. این حلال‌ها معمولا از منابع طبیعی مانند نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ و سایر منابع آلی تولید می‌شوند. برخی از نمونه‌های رایج حلال‌های آلی عبارتند از الکل‌ها، استرها، کتون‌ها، اترها، بنزن، تولوئن و هیدروکربن‌های معطر.
حلال‌های آلی خواص و کاربردهای مختلفی دارند. آنها را می‌توان در صنایع مختلف مانند صنایع شیمیایی، فرآیندهای تولید، استخراج، تمیز کردن، رنگرزی و تمیز کردن مواد استفاده کرد. به عنوان مثال، الکل‌ها به عنوان حلال‌های رایج در صنعت رنگ و آزمایشگاه‌ها و بنزن به عنوان حلال در تولید پلاستیک، رنگ و سایر مواد شیمیایی استفاده می‌شود.
حلال‌های معدنی
حلال‌های معدنی از ترکیبات غیرآلی (معدنی) تشکیل شده‌اند که حاوی کربن نیستند و اغلب از منابع معدنی استخراج می‌شوند. این حلال‌ها معمولاً شامل آب، اسیدها، بازها و مواد معدنی حل‌شده در آنها هستند. برخی از نمونه‌های رایج حلال‌های معدنی شامل آب، اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک، آمونیاک و هیدروژن پراکسید هستند. حلال‌های معدنی نیز در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها می‌توانند در استخراج معادن، فرآیندهای پالایش فلزات، صنایع پاک‌کننده، تولید باتری، صنعت الکترونیک و صنایع داروسازی استفاده شوند. به عنوان مثال، اسید سولفوریک در صنعت پالایش نفت و تولید باتری و آب در صنایع غذایی، الکترونیک و تولید برق استفاده می‌شود. همچنین، حلال‌ها را می‌توان از نظر ثابت دی‌الکتریک به دو دسته تقسیم کرد: حلال‌های قطبی و غیرقطبی.
حلال‌های قطبی
یک مورد خاص، جیوه است که محلول‌های آن به عنوان ملغمه شناخته می‌شوند. همچنین محلول‌های فلزی دیگری نیز وجود دارند که در دمای اتاق مایع هستند. به طور کلی، ثابت دی‌الکتریک یک حلال، اندازه‌گیری تقریبی از قطبیت حلال را ارائه می‌دهد. یک حلال قطبی نوعی حلال است که دارای بارهای جزئی یا گشتاورهای دوقطبی زیادی است. پیوندهای بین اتم‌ها دارای الکترونگاتیویته‌های بسیار متفاوت اما قابل اندازه‌گیری هستند.
یک حلال قطبی می‌تواند یون‌ها و سایر ترکیبات قطبی را حل کند. در واقع، حلال‌های قطبی مولکول‌های دوقطبی قوی هستند که از طریق پیوند هیدروژنی با سایر مواد برهمکنش دارند. حلال‌های قطبی همچنین اغلب پیوندهای کووالانسی حل‌شونده‌ها را می‌شکنند و این حل‌شونده‌ها را یونیزه می‌کنند. رایج‌ترین حلال‌های مورد استفاده در سیستم‌های دارورسانی، حلال‌های قطبی از جمله آب و الکل هستند. می‌توان به سایر حلال‌های قطبی مانند الکل‌ها، آلدئیدها و کتون‌های قندی و سایر ترکیبات دارای گروه‌های OH- نیز اشاره کرد. لیست حلال‌های قطبی به شرح زیر است :
| لیست حلال های قطبی | فرمول شیمیایی | قطبیت | کاربرد |
| آب | H₂O | قطبیت بسیار بالا | ترکیبات یونی و قطبی، استفاده در صنایع غذایی، دارویی، و شیمیایی |
| اتانول | C₂H₅OH | قطبیت بالا | تولید عطرها، صنایع داروسازی، صنایع غذایی |
| استون | CH₃COCH₃ | قطبیت متوسط | لاک پاک‌کن‌ها، تولید پلاستیک، تمیزکاری و صنایع رنگ |
| متانول | CH₃OH | قطبیت بالا | تولید سوخت‌های زیستی، ضدیخ، و حلال در سنتز مواد شیمیایی |
| استیک اسید | CH₃COOH | قطبیت بالا | تولید پلیمرها، نگهدارنده مواد غذایی |
| دی‌متیل فرم‌آمید (DMF) | HCON(CH₃)₂ | قطبیت بالا | سنتز مواد شیمیایی و دارویی، تولید پلاستیک و فیلم‌های پلیمری |
| دی‌متیل سولفوکساید (DMSO) | C₂H₆OS | قطبیت بالا | حلال برای ترکیبات آلی و دارویی، استفاده در آزمایشگاه‌های شیمیایی |
| تتراهیدروفوران (THF) | C₄H₈O | قطبیت متوسط | حلال در سنتز پلیمرها و واکنش‌های آلی |
| نیترومتان | CH₃NO₂ | قطبیت بالا | حلال در واکنش‌های شیمیایی، سوخت‌های ویژه، و سنتز ترکیبات دارویی |
| فرمالدئید | HCHO | قطبیت بالا | استفاده در سنتز رزین‌ها، مواد نگهدارنده و ضدعفونی‌کننده |
| ایزوپروپانول | C₃H₈O | قطبیت متوسط | حلال در ضدعفونی‌کننده‌ها، داروسازی، و تمیزکاری صنعتی |
| پروپیلن گلیکول | C₃H₈O₂ | قطبیت متوسط | استفاده در صنایع آرایشی و بهداشتی، مواد خوراکی، و حلال دارویی |
| اتیلن گلیکول | C₂H₆O₂ | قطبیت بالا | حلال در ضدیخ‌ها، خنک‌کننده‌ها و تولید رزین‌های پلی‌استر |
| پروپانول (1-پروپانول) | C₃H₇OH | قطبیت متوسط | حلال در محصولات بهداشتی، دارویی و صنایع شیمیایی |
حلال‌های غیرقطبی
حلال‌های غیرقطبی خواص دوقطبی کمی دارند یا اصلاً ندارند. اگرچه آنها نمی‌توانند به طور مستقل دوقطبی تشکیل دهند، اما می‌توانند از برهمکنش‌های دوقطبی-دوقطبی برای حل کردن حل‌شونده‌های مناسب استفاده کنند. حلال‌های غیرقطبی دارای ثابت دی‌الکتریک بین ۱ و ۲۰ هستند و شامل روغن‌های ثابت، تتراکلرید کربن و کلروفرم می‌شوند. حل‌شونده‌های یونی و قطبی حلالیت کمی در حلال‌های غیرقطبی دارند یا اصلاً حل نمی‌شوند. با این حال، روغن‌ها، چربی‌ها و اسیدهای چرب به خوبی در حلال‌های غیرقطبی حل می‌شوند. لیست حلال‌های غیر قطبی به شرح زیر است :
| لیست حلال های غیر قطبی | فرمول شیمیایی | کاربرد |
| هگزان | C₆H₁₄ | استخراج روغن‌های گیاهی، تمیزکاری صنعتی و چربی‌زدایی |
| پنتان | C₅H₁₂ | صنایع پلاستیک‌سازی، عایق‌سازی و تولید فوم‌های پلی‌یورتان |
| تولوئن | C₆H₅CH₃ | تولید رنگ‌ها، چسب‌ها و به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی |
| بنزن | C₆H₆ | صنایع شیمیایی و تولید مواد آلی اما به دلیل سمی بودن کاربرد محدودی دارد |
| کربن تتراکلرید | CCl₄ | تمیزکاری خشک، خنک‌کننده در سیستم‌های قدیمی و استخراج ترکیبات شیمیایی |
| کلروفرم | CHCl₃ | استخراج ترکیبات دارویی و در آزمایشگاه‌های شیمیایی |
| اتر دی‌متیل | C₂H₆O | سنتز آلی و به عنوان گاز در افشانه‌ها |
| سیکلوهگزان | C₆H₁₂ | تولید نایلون و به عنوان ماده واسطه در سنتز شیمیایی |
| هپتان | C₇H₁₆ | آزمایش‌های کالیبراسیون و تمیزکاری تجهیزات حساس |
| دی‌اتیل اتر | C₄H₁₀O | سنتز آلی، استخراج مواد و به عنوان بی‌حس‌کننده در گذشته |
حلال پروتیک
حلال پروتیک نوعی حلال آلی است که می‌تواند یک یا چند گروه پروتون (H+) قابل انتقال داشته باشد. این حلال‌ها معمولاً از ترکیباتی با خاصیت اسیدی تشکیل شده‌اند و قادر به ایجاد پیوندهای هیدروژنی هستند. گروه پروتون می‌تواند به صورت یونیزه (مانند یون هیدروژن H+) یا غیر یونیزه (مانند گروه هیدروکسیل OH) در حلال پروتیک وجود داشته باشد. برخی از نمونه‌های شناخته شده حلال‌های پروتیک عبارتند از آب (H2O)، الکل‌ها مانند متانول (CH3OH) و اتانول (C2H5OH)، اسید استیک (CH3COOH) و آمونیاک (NH3).
حلال‌های پروتیک به دلیل گروه پروتون قابل انتقال خود، قادر به تحویل پروتون به سایر ترکیبات در فرآیندهای شیمیایی هستند. همچنین، این حلال‌ها توانایی ایجاد پیوندهای هیدروژنی با سایر مواد را دارند که می‌تواند تأثیر زیادی بر رفتار و خواص مواد در محلول داشته باشد. استفاده از حلال‌های پروتیک در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی بسیار رایج است.
آب به عنوان یک حلال پروتیک بسیار مهم در اکثر فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی استفاده می‌شود و خواص منحصر به فردی دارد که آن را از سایر حلال‌ها متمایز می‌کند. در حالی که یک حلال پروتیک قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی است، یک حلال آپروتیک به عنوان دهنده پیوند هیدروژنی عمل نمی‌کند. حلال‌های آپروتیک معمولاً قطبیت کمتری دارند و نمی‌توانند پروتون را به سایر ترکیبات منتقل کنند.
حلال آپروتیک
حلال آپروتیک نوعی حلال است که توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی را به طور کامل یا جزئی ندارد. در این حلال‌ها، معمولاً عدم وجود گروه‌های پروتون قابل انتقال مانند گروه هیدروکسیل (OH) باعث می‌شود که آنها نتوانند به عنوان دهنده پیوند هیدروژنی عمل کنند. حلال‌های آپروتیک معمولاً قطبیت کمتری نسبت به حلال‌های پروتیک دارند. این بدان معناست که یون‌های پروتون قابل انتقال (H+) وجود ندارند. برخی از نمونه‌های شناخته شده حلال‌های آپروتیک شامل اترها مانند دی اتیل اتر (C2H5OC2H5) و متیلن کلرید (CH2Cl2)، کتون‌ها مانند استون (CH3COCH3) و نیتریل‌ها مانند استیرن نیتریل (C6H5CN) هستند.
حلال‌های آپروتیک به دلیل عدم توانایی در تشکیل پیوندهای هیدروژنی، در برخی از فرآیندهای شیمیایی بسیار مفید هستند. آنها می‌توانند به عنوان حلال‌های مناسب برای واکنش‌هایی که نیاز به جداسازی یون‌ها دارند، استفاده شوند. همچنین، حلال‌های آپروتیک ممکن است انتخاب خوبی در فرآیندهایی باشند که به رطوبت و وجود آب حساس هستند.
مزیت دیگر حلال‌های آپروتیک این است که آنها به طور کلی در دماهای بالا پایدارتر هستند و تبخیر کمتری دارند. این می‌تواند در فرآیندهایی که نیاز به دماهای بالا دارند، بسیار مهم باشد. به طور کلی، استفاده از حلال‌های آپروتیک و پروتیک بسته به نیازهای واکنش و خواص مواد در سیستم شیمیایی متفاوت است و انتخاب صحیح حلال برای هر فرآیند و واکنش خاص نیاز به توجه ویژه دارد.
حلال های شیمیایی در صنعت بیوتکنولوژی
حلال‌های شیمیایی ترکیباتی هستند که در طبیعت وجود ندارند. تعداد محدودی حلال شیمیایی با منشأ زیستی وجود دارد، مانند اتانول، بوتانول و استون. ترپن‌ها نیز حلال‌های طبیعی تولید شده توسط گیاهان هستند. این حلال‌ها معمولاً برای سلول‌های میکروبی سمی هستند. در صنایع شیمیایی، از حلال‌های شیمیایی برای تماس با میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود. اما در صنایع بیوتکنولوژی، به دلیل ترجیح میکروارگانیسم‌ها به آب و مشکلاتی که حلال‌های شیمیایی برای سلول‌ها ایجاد می‌کنند، از سیستم‌های مبتنی بر آب استفاده می‌شود. حلال‌های شیمیایی اغلب برای استخراج محصولات از فاز آبی استفاده می‌شوند، اما در این مرحله آسیب به سلول‌ها مهم نیست. هم در صنایع شیمیایی و هم در صنایع بیوتکنولوژی، حلال‌های شیمیایی آلی نسبت به آب مزایایی دارند.
حلال‌های هیدروکربنی
نفت و گاز طبیعی منابع فراوان و مقرون‌به‌صرفه هیدروکربن‌ها هستند. اصطلاح «نفت خام» گاهی برای اشاره به نفت مایع با نقطه جوش پایین و محصولات گاز طبیعی مایع با محدوده جوش ۱۵.۶ درجه سانتی‌گراد تا ۲۲۱ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود. این ترکیبات به ساختارهای آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌شوند. هیدروکربن‌های آلیفاتیک شامل پارافین‌ها، اولفین‌ها، آلکین‌ها و سیکلوپارافین‌ها هستند. پارافین‌ها می‌توانند خطی (مانند نرمال بوتان، نرمال پنتان و نرمال هگزان) یا شاخه‌دار (مانند ایزوبوتان، ایزوپنتان و ایزوهگزان) باشند. اولفین‌ها نمونه‌ای از آنها هستند و اتیلن مشهورترین نمونه آن است. سیکلوپارافین‌ها شامل سیکلوپنتان و سیکلوهگزان هستند.
پس از پالایش، نفت خام به گازهای هیدروکربنی، تقطیرات سبک، تقطیرات میانی، تقطیرات سنگین و مواد باقیمانده تقسیم می‌شود. این تقسیم‌بندی بر اساس وزن مولکولی هیدروکربن‌ها است و شامل موادی مانند متان، اتان، پروپان، بوتان، نفتا، روغن‌های تصفیه‌شده، نفت گاز، روغن جاذب، روغن‌های صنعتی، موم پارافین، روغن‌های روان‌کننده، آسفالت، کک، لجن پالایشگاه و مواد دیگر است.
کاربرد حلال های شیمیایی
حلال‌ها کاربردهای گسترده‌ای از کارهای معمولی خانگی گرفته تا کارهای صنعتی دارند. آنها به طور وسیعی برای حل کردن روغن، رنگ‌ها، مخلوط کردن رنگدانه‌ها، چسب‌ها و رزین‌ها استفاده می‌شوند و همه اینها کاربردهای خاص خود را دارند. آنها در تمیز کردن قطعات خودرو، الکترونیک، رنگ‌آمیزی، مخلوط کردن مواد شیمیایی و غیره استفاده می‌شوند. آنها طیف وسیعی از کاربردها در صنایع شیمیایی، دارویی، نفت و گاز، از جمله سنتز و خالص‌سازی شیمیایی دارند.
موارد زیر همگی از حلال‌ها در فرآیند تولید استفاده می‌کنند:
- داروسازی
- پوشش‌ها و رنگ‌ها
- جوهر برای چاپ
- مراقبت شخصی و لوازم آرایشی
- غذا و نوشیدنی
- چربی‌زدایی و تمیز کردن
لیست حلال های شیمیایی
| حلال های شیمیایی | نکات مهم | کاربردهای رایج | زیر دسته ها | دسته اصلی |
| آب (H₂O) متانول (CH₃OH) اتانول (C₂H₅OH) اسید استیک (CH₃COOH) | آب یکی از رایج ترین حلال‌های قطبی است و از الکل در صنایع غذایی و داروسازی استفاده می‌شود. | حل کردن نمک‌ها، قندها، اسیدها و بازها، واکنش‌های شیمیایی قطبی | حلال آپروتیک که دارای هیدروژن متصل به اکسیژن و نیتروژن است. | حلال‌های قطبی |
| استون (CH₃COCH₃) دی‌متیل سولفوکسید (DMSO) دی‌متیل فرم‌آمید (DMF) | استون به عنوان پاک‌کننده و در صنایع شیمیایی استفاده می‌شود. دی متیل سولفوکسید و دی متیل فرم‌آمید حلال‌های قوی برای واکنش‌های شیمیایی خاص هستند. | حل کردن ترکیبات قطبی، واکنش‌های شیمیایی که نیاز به محیط آپروتونی دارند | حلال‌های آپروتونی بدون هیدروژنِ متصل به اکسیژن یا نیتروژن، اما دارای قطبیت | حلال‌های قطبی |
| هگزان (C₆H₁₄) پنتان (C₅H₁₂) سیکلوهگزان (C₆H₁₂) | در صنایع نفت و پتروشیمی و همچنین استخراج روغن از دانه‌ها کاربرد دارند. | حل کردن روغن‌ها، چربی‌ها، موم‌ها و ترکیبات ناقطبی | هیدروکربن‌های آلیفاتیک | حلال های غیر قطبی |
| بنزن (C₆H₆) تولوئن (C₆H₅CH₃) زایلن (C₆H₄(CH₃)₂) | تولوئن در رنگ‌ها و چسب‌ها استفاده می‌شود. بنزن به دلیل سمی بودن کاربرد محدودی دارد. | حل کردن لاستیک، رزین، رنگ‌ها و برخی از ترکیبات آلی | هیدروکربن‌های آروماتیک | حلال‌های غیر قطبی |
| کلروفرم (CHCl₃) دی‌کلرومتان (CH₂Cl₂) تتراکلرید کربن (CCl₄) | به دلیل سمیت، استفاده از آنها محدود شده است. دی‌کلرومتان به عنوان حلال در برخی از فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود. | حل کردن چربی‌ها، روغن‌ها و برخی از پلیمرها | هالوژن‌دارها | حلال های ریگر |
| اتیل استات (CH₃COOC₂H₅) بوتیل استات (CH₃COO(CH₂)₃CH₃) | در صنایع رنگ، چسب و عطر استفاده می‌شوند. | حل کردن نیتروسلولز، رزین‌ها و برخی از پلیمرها | استرها | حلال های دیگر |
| دی‌اتیل اتر (CH₃CH₂OCH₂CH₃) تتراهیدروفوران (THF) | THF حلال قطبی آپروتونی است که در واکنش‌های شیمیایی کاربرد دارد. | حلال‌های خوب برای واکنش‌های گرینیارد و سایر واکنش‌های شیمیایی | اترها | حلال های دیگر |
حلال های شیمیایی ترکیباتی هستند که برای حل و انتقال مواد در فرآیندهای شیمیایی و صنعتی استفاده می‌شوند. حلال‌های آبی، حلال‌های آلی، حلال‌های هیدروکربنی و حلال‌های بیولوژیکی از انواع حلال های شیمیایی هستند. این حلال‌ها دارای مزایا و کاربردهای مختلفی مانند استخراج، سنتز شیمیایی، تمیز کردن و رنگ زدایی هستند. انتخاب حلال مناسب به خواص ماده ای که باید حل شود و نیازهای فرآیند بستگی دارد. هنگام استفاده از حلال های شیمیایی به جنبه‌های بهداشتی، ایمنی و زیست محیطی توجه کنید و با دقت عمل کنید.
معروف ترین حلال چیست ؟
آب به دلیل فراوانی در طبیعت ، تشکیل پیوند هیدروژنی ، قطبیت بالا و حل کردن بسیاری از مواد شیمیایی معروفترین حلال است و در صنعت ، آزمایشگاه ، زیست شناسی و محیط زیست کاربرد زیادی دارد. از آنجایی که همه مواد شیمیایی در آب حل نمی شوند، در بسیاری از صنایع از اتانول ، استون و دی متیل سولفوکساید به عنوان حلال استفاده می شود.
1 دیدگاه دربارهٔ «حلال های شیمیایی»
عالی بود.