Šķīdinātājs — kas tas ir: definīcija, veidi, īpašības un izmantošana
Uzzini visu par šķīdinātājiem — definīcija, veidi, īpašības un izmantošana ikdienā un industrijā. Praktiski piemēri, drošības padomi un izvēles norādījumi.
Šķīdinātājs ir viela, kas kļūst par šķīdumu, izšķīdinot cietu, šķidru vai gāzveida šķīdinātāju. Šķīdinātājs parasti ir šķidrums, bet var būt arī cieta viela vai gāze. Ikdienā visbiežāk sastopamais šķīdinātājs ir ūdens. Šī pamata definīcija palīdz saprast, ka šķīdinātāja loma ir nodrošināt vidi, kurā cita viela (izšķīdušā viela) var sadalīties molekulās vai joniem un veidot homogēnu maisījumu — šķīdumu.
Veidi un klasifikācija
Šķīdinātājus parasti klasificē pēc ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām. Biežāk sastopamās kategorijas:
- Organiskie šķīdinātāji — tie ir oglekli saturošas) vielas, piemēram, acetons, toluols vai etanols. Organiskie šķīdinātāji bieži ir labi šķīdināt neorganiskas un organiskas vielas, taču var būt uzliesmojoši un toksiski.
- Neorganiskie šķīdinātāji — piemēram, sālsskābes vai dažas smakas nesaturošas šķidrošu vielu sistēmas, kas izmantojamas pētniecībā vai specifiskos tehnoloģiskos procesos.
- Protickie (spēj veidot ūdeņraža saites) un aprotiskie (neveido ūdeņraža saišu) šķīdinātāji — šī sadalījuma nozīme ir būtiska ķīmiskajās reakcijās un sintēzē.
- Polaritātes sadalījums — polāri (piem., ūdens, etanols) un nepolāri (piem., heksāns, petrolēteris).
- Speciālie šķīdinātāji — joniskas šķidrumi, superkritiskais ogļskābais gāze (CO2), biobāzes terpeni u.c., ko izmanto kā alternatīvas tradicionālajiem organiskajiem šķīdinātājiem.
Galvenās īpašības
- Šķīdība — maksimālais vielas daudzums, kas noteiktā temperatūrā šķīst noteiktā šķīdinātāja daudzumā. Šo īpašību ietekmē temperatūra, spiediens un šķīdinātāja polaritāte.
- Koncentrācija — izšķīdušās vielas daudzums šķīduma tilpumā; to mēra daudzos veidos (molārais, masas procents u.c.).
- Viršanas punkts un viršanas punkts — šķīdinātājiem bieži ir salīdzinoši zems viršanas punkts, kas ļauj tos viegli iztvaikot vai atdalīt destilējot.
- Polaritāte un dielektriskā konstante — ietekmē spēju šķīdināt joniskas vai kovalentas vielas.
- Reaktivitāte — droši šķīdinātāji parasti nedrīkst ķīmiskireaģēt ar izšķīdušajiem savienojumiem; tiem jābūt inertiem attiecīgajā lietojumā.
- Smarža un redzamība — daudzi šķīdinātāji ir dzidri un bezkrāsaini, bieži ar raksturīgu smarža.
- Iztvaikošana un UZ liesmas risks — daudzus organiskos šķīdinātājus raksturo augsta iztvaikošana un uzliesmojamība.
Izmantošana
Šķīdinātāji ir svarīga sastāvdaļa daudzos rūpnieciskos, laboratorijas un mājsaimniecības procesos. Izplatītākie pielietojumi:
- Kā šķīdību veidojoša vide ķīmiskajās reakcijās un sintēzē.
- Kā ekstrakcijas šķīdinātāji — šķīstošu savienojumu ekstrakcijai no maisījuma (piemēram, karsta ūdens izmantošana kafijas vai tējas pagatavošanai ir ikdienišķs ekstrakcijas piemērs).
- Rūpnieciskā tīrīšana un ķīmiskā tīrīšana (piem., tetrahloretilēns), krāsu atšķaidīšana (piem., toluols, terpentīns), nagu lakas noņemšana un līmes šķīdināšana (piem., acetons, metilacetāts, etilacetāts).
- Traipu noņemšanas līdzekļos (piem., heksāns, petrolēteris), mazgāšanas līdzekļos (piem., citrusaugļu terpēni) un smaržvielu ražošanā (piem., etanols).
- Laboratorijā — šķīdināšana, ekstrakcija, hromatogrāfija un paraugu sagatavošana analīzēm.
Praktiski apsvērumi, drošība un vide
Darbojoties ar šķīdinātājiem, jāņem vērā gan veselības, gan vides riski:
- Toksicitāte un iedarbība uz veselību: daudzi organiskie šķīdinātāji var izraisīt kairinājumu, galvassāpes, reiboni, garīgu iedarbību vai ilgtermiņa orgānu bojājumus. Daži ir kancerogēni vai reproduktīvie toksiski.
- Ugunsbīstamība: daudzi šķīdinātāji ir uzliesmojoši vai sprādzienbīstami. Nepieciešama atbilstoša ventilācija, aizdegšanās avotu kontrole un ugunsdrošas uzglabāšanas prasības.
- Vides ietekme: šķīdinātāji var piesārņot ūdeni un augsni; daži (piem., halogēti šķīdinātāji) ir ilgstoši saglabājami un toksiski. Ir stingri noteikumi par emisijām un atkritumu apsaimniekošanu.
- Regulācija: daudzi šķīdinātāji regulēti kā bīstamas vielas — jāievēro marķējums, drošības datu lapas (MSDS/SDS) un vietējie likumi.
Šķīdinātāju atdalīšana un atkārtota izmantošana
Šķīdinātājus bieži atdala no reakciju maisījumiem vai paraugiem, izmantojot metodes kā destilēšana, iztvaikošana, adsorbcija vai šķidro-šķidru ekstrakciju. Pareiza atdalīšana ļauj šķīdinātājam tikt atkārtoti izmantotam, samazinot izmaksas un vides slodzi. Tomēr atkārtotā izmantošana prasa tīrību un kontroli, jo sārņi var ietekmēt nākamās reakcijas vai procesus.
Alternatīvas un “zaļie” šķīdinātāji
Lai mazinātu veselības un vides riskus, pēdējos gados pieaug interese par drošākiem šķīdinātājiem:
- Biobāzes šķīdinātāji (piem., terpēni no citrusaugļiem) kā mazgāšanas līdzekļos izmantojamie risinājumi.
- Ioniskie šķidrumi un mazāku iztvaikošanas īpašību šķīdinātāji — tiem bieži ir zems/liels viršanas punkts un zema iztvaikošana.
- Superkritiskais CO2 — videi draudzīga alternatīva ekstrakcijai, jo pēc procesa CO2 var atgūt un atkārtoti izmantot.
- Ūdens, kur iespējams, kā universāls un drošs šķīdinātājs; tās izmantošana tiek veicināta, kad ķīmiskās īpašības ļauj (piem., ūdenī šķīstoši reakciju partneri).
Secinājums un ieteikumi
Šķīdinātāji ir neatņemama daļa ķīmijas, rūpniecības un ikdienas dzīves. Izvēloties un lietojot šķīdinātājus, jāņem vērā nepieciešamā šķīdības spēja, reaktivitāte, drošība un vides mijiedarbība. Kur iespējams, izvēlieties mazāk toksiskas, mazāk iztvaikojošas vai bioloģiski atbilstošas alternatīvas un nodrošiniet pareizu uzglabāšanu, izsekošanu un likvidēšanu, lai samazinātu negatīvo ietekmi uz cilvēkiem un vidi.
Veselība un drošība
Daži šķīdinātāji, tostarp hloroforms un benzols (benzīna sastāvdaļa), ir kancerogēni. Daudzi citi var bojāt iekšējos orgānus, piemēram, aknas, nieres vai smadzenes. Daudzi šķīdinātāji var arī viegli aizdegties. Droša darba veidi ir šādi:
- Izvairīties no šķīdinātāja tvaiku veidošanās, strādājot tvaiku nosūcējā, vietējā izplūdes ventilācijā (LEV) vai labi vēdināmā telpā.
- Uzglabāšanas tvertnes cieši aizvērtas
- Nekad neizmantojiet atklātu liesmu viegli uzliesmojošu šķīdinātāju tuvumā, tā vietā izmantojiet elektrisko sildītāju.
- Lai izvairītos no sprādzieniem un ugunsgrēkiem, nekad neizskalojiet degošus šķīdinātājus kanalizācijā.
- Izvairīšanās no šķīdinātāja tvaiku ieelpošanas
- Izvairīties no šķīdinātāja saskares ar ādu - daudzi šķīdinātāji viegli uzsūcas caur ādu. Tie arī mēdz sausināt ādu un var izraisīt čūlas un brūces.
Biežāk sastopamo šķīdinātāju īpašību tabula
Šķīdinātājus iedala nepolārajos, polārajos aprotiskajos un polārajos protiskajos šķīdinātājos un sakārto pēc pieaugošās polaritātes. Polaritāte ir norādīta kā dielektriskā konstante. Nepolāro šķīdinātāju, kas ir smagāki par ūdeni, blīvums ir treknrakstā.
| Šķīdinātājs | Ķīmiskā formula | Vārīšanās temperatūra | Dielektriskā konstante | |
| Nepolārie šķīdinātāji | ||||
| CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 | 69 °C | 2.0 | 0,655 g/ml | |
| C6H6 | 80 °C | 2.3 | 0,879 g/ml | |
| Toluolsols | C6H5-CH3 | 111 °C | 2.4 | 0,867 g/ml |
| Dietilēteris | CH3CH2-O-CH2-CH3 | 35 °C | 4.3 | 0,713 g/ml |
| CHCl3 | 61 °C | 4.8 | 1,498 g/ml | |
| Etila acetāts | CH3-C(=O)-O-CH2-CH3 | 77 °C | 6.0 | 0,894 g/ml |
| Dihlormetāns | CH2Cl2 | 40 °C | 9.1 | 1,326 g/ml |
| Polārie aprotētiskie šķīdinātāji | ||||
| 1,4-dioksāns | /-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-\ | 101 °C | 2.3 | 1,033 g/ml |
| Tetrahidrofurāns (THF) | /-CH2-CH2-O-CH2-CH2-\ | 66 °C | 7.5 | 0,886 g/ml |
| Acetons | CH3-C(=O)-CH3 | 56 °C | 21 | 0,786 g/ml |
| Acetonitrils (MeCN) | CH3-C≡N | 82 °C | 37 | 0,786 g/ml |
| Dimetilformamīds (DMF) | H-C(=O)N(CH3)2 | 153 °C | 38 | 0,944 g/ml |
| Dimetilsulfoksīds (DMSO) | CH3-S(=O)-CH3 | 189 °C | 47 | 1,092 g/ml |
| Polārie proktiskie šķīdinātāji | ||||
| Etiķskābe | CH3-C(=O)OH | 118 °C | 6.2 | 1,049 g/ml |
| n-butanols | CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-OH | 118 °C | 18 | 0,810 g/ml |
| Izopropanols | CH3-CH(-OH)-CH3 | 82 °C | 18 | 0,785 g/ml |
| n-propanols | CH3-CH2-CH2-OH | 97 °C | 20 | 0,803 g/ml |
| CH3-CH2-OH | 79 °C | 24 | 0,789 g/ml | |
| Metanols | CH3-OH | 65 °C | 33 | 0,791 g/ml |
| H-C(=O)OH | 100 °C | 58 | 1,21 g/ml | |
| H-O-H | 100 °C | 80 | 1,000 g/ml | |
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir šķīdinātājs?
A: Šķīdinātājs ir viela, kas kļūst par šķīdumu, izšķīdinot cietu, šķidru vai gāzveida šķīdinātāju.
J: Kādi ir ikdienā visbiežāk sastopamie šķīdinātāji?
A: Visbiežāk sastopamais šķīdinātājs ikdienā ir ūdens. Lielākā daļa citu bieži lietoto šķīdinātāju ir organiskas (oglekli saturošas) ķīmiskas vielas.
J: Kā šķīdinātājus var izvadīt no šķīdumiem?
A: Šķīdinātājiem parasti ir zems viršanas punkts, un tie viegli iztvaiko vai tos var izvadīt destilējot, atstājot izšķīdušo vielu.
J: Kādi ir daži organisko šķīdinātāju izmantošanas veidi?
A: Organiskos šķīdinātājus parasti izmanto ķīmiskajā tīrīšanā (piemēram, tetrahloretilēns), kā krāsu atšķaidītājus (piemēram, toluols, terpentīns), kā nagu lakas noņemšanas un līmes šķīdinātājus (acetons, metilacetāts, etilacetāts), traipu noņemšanas līdzekļos (piemēram, heksāns, benzīna ēteris), mazgāšanas līdzekļos (citrusaugļu terpēni), smaržvielās (etanols) un ķīmiskajā sintēzē.
J: Kāda ir šķīduma koncentrācija?
A: Šķīduma koncentrācija ir savienojuma daudzums, kas izšķīdināts noteiktā šķīdinātāja tilpumā.
J: Ko nozīmē, ja mēs sakām, ka kaut kam ir augsta šķīdība?
A: Šķīdība ir maksimālais savienojuma daudzums, kas ir šķīstošs noteiktā šķīdinātāja tilpumā noteiktā temperatūrā; tāpēc kaut kas ar augstu šķīdību nozīmē, ka tas var izšķīdināt vairāk savienojuma nekā kaut kas ar zemu šķīdību tajā pašā temperatūrā un šķīdinātāja tilpumā.
Meklēt