حلال چیست؟ | انواع حلال شیمیایی و کاربرد آنها

حلال شیمیایی چیست؟ حلال (Solvent) به ماده ای اطلاق می شود که قابلیت حل کردن یک ماده دیگر را در خود دارد. عموما بین حل کننده و حل شونده واکنشی رخ نمی دهد و ماده جدیدی تولید نمی شود.به عنوان مثال هنگامی که آب در یک ماده قطبی حل می شود، به دلیل نیرویی که از طرف حلال به مولکول های آب وارد می شود، مولکول های آب از هم جدا شده و در بین مولکول های حلال قرار می گیرند.

آب معروف ترین و فراوانترین حلال معدنی موجود در جهان ماست که به آن لقب حلال جهانی نیز داده شده است.

حلال های شیمیایی عموما در دمای محیط مایع هستند اما به صورت جامد (حلال های یونی) یا گاز (کربن دی اکسید) نیز وجود دارند. حل کردن یک ماده در یک ترکیب دیگر می تواند با هدف های متفاوتی صورت گیرد

• تنظیم ویسکوزیته
• تغییر در خواص دمایی
• زدودن یک ماده از روی یک سطح خاص
• استخراج 

و… از جمله کارکردهای یک Solvent می تواند باشد.

انواع حلال ها و دسته بندی آنها

نوع حلال شیمیایی باید بر اساس نوع حل شونده و هدفی که از این کار داریم انتخاب شود، انتخاب حل کننده قطبی برای یک ماده غیر قطبی کاری اشتباه است و اگر قصد داریم که محلول حاصل را در یک واکنش شرکت بدهیم باید به اثرات و واکنش های انجام شده توسط خود حلال نیز توجه داشته باشیم.

در شکل زیر حلالیت نمک طعام در آب نشان داده شده است، همانگونه که ملاحظه می کنید آب یون های سدیم و کلر را از هم جدا کرده و هر کدام از این یونها توسط قسمت های مختلف (مثبت یا منفی) آب احاطه شده اند. 

 

 

یک دسته بندی مناسب برای انواع حلال های شیمیایی وجود دارد و آن ها را به دو دسته آلی (مواد حاوی کربن) و معدنی (غیر کربنی) تقسیم می کند، در دسته بندی دیگری این ترکیبات به صورت قطبی و غیر قطبی دسته بندی می شوند که در ادامه به همه آنها پرداخته شده است.

 

انواع حلال های آلی و کاربرد آنها (Organic solvents)

حلال های آلی به سه دسته هیدروکربنی، اکسیژنی و هالوژنی تقسیم می شوند که در ادامه به هر کدام از این دسته ها خواهیم پرداخت:

 

برای خرید حلال های شیمیایی کلیک نمایید. 

حل کننده های هیدروکربنی

این مواد به دو دسته آلیفاتیک و آروماتیکی (بنزن، تولوئن، زایلن و …) تقسیم می شوند. این ترکیبات را عموما از نفت خام استخراج می کنند، در برخی موارد ترکیبی از مواد مختلف مورد استفاده قرار می گیرد . به عنوان مثال پارافین های خطی دارای ویسکوزیته پایینی هستند و در عوض پارافین های شاخه دار ویسکوزیته بالایی دارند و خواص دما پایین بسیار خوبی دارند. ترکیبی از این مواد حلالی با ویسکوزیته مناسب و خواص دما پایین خوبی به ما می دهد. در ادامه به معرفی مثال هایی از این مواد و کاربردهای آنها خواهیم پرداخت.

 

آلیفاتیک ها (Aliphatic)

ترکیبات آلیفاتیک به موادی اطلاق می شود که در ساختار خود حلقه های آروماتیک ندارند همانند آلکان ها، آلکن ها و … . 

سیکلو هگزانون

سیکلوهگزانون مایعی است روغنی که بی رنگ و یا متمایل به زرد است. کاربردهای فراوانی دارد اما به عنوان Solvent برای تولید علف کش ها، سلولز، رزین های طبیعی و سنتزی، واکس ها ، چربی ها و غیره کاربرد دارد.

 

حلال های آروماتیک (Aromatic)

در ادامه برخی حلال های آروماتیک را بررسی خواهیم نمود :

بنزن (Benzene)

بنزن به عنوان ساده ترین ترکیب آروماتیک شناخته می شود و علی رغم اثرات مضری که می تواند بر بدن انسان بگذارد به دلیل ساختار مولکولی خاصی که دارد استفاده های مختلف و فراوانی از آن می شود. از بنزن در ساخت لاستیک و تایر، صنعت چاپ و ساخت رنگ، تولید رزین، چسپ، نایلون، استایرن و در ترکیب حلال های صنعتی برای پاک کردن گریس و چربی از روی سطوح مختلف، استفاده می شود.

تولوئن (Toluene)

تولوئن یکی دیگر از ترکیبات آروماتیک محبوب است که بیشترین کاربرد آن به عنوان حلال شیمیایی در صنایع مختلف است. هرچند این ماده برای سلامتی انسان مضر است اما خواص و قابلیت های خوبی که در حل کردن ترکیبات مختلف دارد باعث شده است که به صورت گسترده در تولید انواع سوخت ها، محصولات پاک کننده خانگی و صنعتی، پارچه و چرم، گریس و مواد روان کننده و … مورد استفاده قرار بگیرد.

 

حل کننده های اکسیژنی

در این دسته مواد الکلی، کتونی، آلدهیدی، گلیکول اترها، استر ها و … قرار دارند. در ادامه به معرفی برخی از این مواد خواهیم پرداخت.

 

اتانول آمین (Ethanolamine)

این ترکیبات در ساختار خود هم گروه الکلی و هم گروه آمینی دارند، این خاصیت باعث شده است که مونو اتانول آمین، دی اتانول آمین و تری اتانول آمین به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. یکی از عمده کاربردهای این مواد به عنوان حلال، حذف گوگرد موجود در گازهای خروجی از پالایشگاه هاست. از دیگر موارد کاربرد می توان به استفاده در تولید امولسیفایرها، مواد شوینده، صنعت نساجی و … اشاره کرد.

 

ایزوبوتانول (Isobutanol)

ایزوبوتانول یک الکل آلیفاتیک است که در دمای اتاق مایع است و رنگی نسبتا شفاف دارد. خواص فیزیک و شیمیایی مناسب این ماده از آن حلالی مناسب ساخته است و در ساخت موادی همچون تینر و حل کننده رنگ، پولیش ماشین، طعم دهنده در صنایع غذایی و … به عنوان حلال مورد استفاده قرار می گیرد.

 

متیل اتیل کتون (Methyl ethyl ketone)

متیل اتیل کتون یا بوتانون از جمله محبوبترین حل کننده ها در ساخت رنگ و انواع پوشش جامدات است، به صورتی که بیش از نصف این ماده در این صنایع مصرف می شود. از دیگر کاربردهای آن می توان به استفاده در ساخت سیمان و پلیمر اشاره کرد.

 

حل کننده های هالوژنی

به موادی که در ساختار خود عنصری از گروه هالوژن ها ( کلر، برم و …) داشته باشد، هالوژنی گفته می شود.

 

متیلن کلراید (methylene chloride)

متیلن کلراید یکی از اعضای خانواده حلال های شیمیایی هالوژنی است که فرار، بی رنگ و سمی است. به دلیل قابلیت بالایی که در حل کردن گریس و چربی ها دارد به صورت گسترده برای پاک کردن آلودگی ها از سطح تجهیزات هواپیما، ریل قطار، تجهیزات خودرو و … استفاده می شود. در پاک کردن گریس و روغن از روی تجهیزات هواپیما بخار این ماده را با فشار روی سطح مورد نظر اعمال می کنند. علاوه بر مصارف پاک کنندگی از متیلن کلراید در ساخت رنگ، پلاستیک، فیلم عکاسی و جوهر چاپ هم استفاده می شود.

پرکلرواتیلن (Perchloroethylene)

پرکلرواتیلن مایعی شفاف و دارای بویی ملایم است. به دلیل قابلیت بسیار خوبی که در حل کردن انواع ترکیبات روغنی و گریسی دارد، عموما به عنوان پاک کننده مورد استفاده قرار می گیرد. در خشک شویی ها برای پاک کردن انواع چربی و لکه ها از این ماده استفاده می کنند، قابلیت بالای حل کردن آلودگی ها و فراریت بالا از جمله ویژگی هایی هستند که این ماده را برای شست و شوی خشک ایده آل کرده اند.

 

حل کننده های شیمیایی ویژه

دسته دیگری نیز از حلال های شیمیایی وجود دارند که با نام  White spirit شناخته می شوند. این ترکیبات شامل هیدروکربن هایی با تعداد اتم های کربن بین 7 تا 12 هستند و در ساختار آن ها عموما ترکیباتی همچون هگزان، تولوئن، بنزن و … وجود دارد. این مواد با نام های حلال 402،403، 406 و … شناخته میشوند و عمده استفاده از آنها مربوط به رقیق کردن لاک و رنگ ، پاک کردن تجهیزات صنعتی، تهیه قیر و لاستیک و … است.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد حلال 402 به صفحه محصول آن مراجعه فرمایید . 

حلال های معدنی

همانگونه که گفته شد آب معروف ترین حلال و معدنی است. خواصی مانند قطبی بودن ، توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی و همچنین فراوانی در کره زمین این ماده را به پر مصرف ترین حل کننده موجود تبدیل کرده است. علاوه بر این ترکیبات آبی حاوی افزودنی های خاص مانند سورفکتانت ها، شوینده ها، بافرها و بازدارنده ها نیز می توانند به عنوان حلال معدنی  مورد استفاده قرار گیرند. برخی از حل کننده های معدنی عبارتند از آمونیاک، اسید سولفوریک غلیظ، سولفوریل کلرید فلوراید، کربن دی سولفید و … که در موارد مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

حلال های قطبی و غیر قطبی (Polar & non-polar solvents)

مولکول قطبی به مولکولی گفته می شود که در ساختار خود دارای دو مرکز یا قسمت با بارهای متفاوت (مثبت و منفی) باشند. ترکیبات قطبی قابلیت حل کردن سایر ترکیبات قطبی را در خود دارند. مولکول های خیلی متقارن (همانند بنزن) و هیدروکربن های آلیفاتیک (مانند بنزن) به عنوان مواد غیر قطبی شناخته می شوند. دی متیل سولفوکسید، کتون ها، استرها و الکل ها به عنوان مواد قطبی شناخته می شوند.

حل کننده های پروتیک (Protic):

به حلال هایی گفته می شود که قابلیت ایجاد پیوند هیدروژنی با خود را دارند، یعنی عملا می توانند در پیوندهای هیدروژنی شرکت کرده و یون H⁺ تولید کنند (همانند آب).

 

حل کننده های آپروتیک (Aprotic):

این ترکیبات توانایی ایجاد پیوند هیدروژنی با خود را ندارند.

بهترین حلال گوگرد چیست؟

گوگرد عنصری ویژه است ، توانایی و تمایل این عنصر به تشکیل پیوند با خودش باعث می شود ایزوتوپ های مختلفی از گوگرد تشکیل شوند که می توانند از 2 تا بیشتر از 20 اتم گوگرد داشته باشند.  این ایزوتوپ ها در صنایع مختلفی خصوصا صنایع گاز و نفت اهمیت ویژه ای پیدا می کنند. ایزوتوپ ها خصوصا آنهایی که سنگین تر هستند در جریان های نفت و گاز (به صورت ویژه گاز ترش) تمایل دارند که که در مسیر عبور جریان، روی دیواره ها و تجهیزات رسوب کرده و مشکلاتی جدی را به وجود آورند. لازم به ذکر است بیشتر گوگرد عنصری که در طبیعت اتفاق می افتد به صورت S₈ است.

پدیده رسوب گوگرد عنصری خصوصا در فرآیندهای تولید و استخراج گاز می تواند هزینه های زیادی را به تولید کنندگان تحمیل نماید. راه های مختلفی برای حل این مشکل وجود دارد که عبارتند از:

• جلوگیری از تشکیل گوگرد عنصری
• بهینه کردن سرعت، دما و فشار
• استفاده از یک ماده حل کننده

دو راه حل اول از لحاظ عملیاتی مشکل هستند و عموما از یک ماده خارجی برای حل نمودن گوگرد بهره می برند. از آنجایی که گوگرد غیر قطبی است ، حلالی هم که انتخاب می کنیم باید غیر قطبی باشد. بهترین حلال گوگرد کربن دی سولفید معرفی شده است، هرچند ترکیبات دیگری مانند تولوئن به صورت جزئی گوگرد را در خود حل می نمایند. از آنجایی که کربن دی سولفید ترکیبی قابل اشتعال و سمی است، باید در هنگام کار با آن خصوصا در آزمایشگاه ها نکات ایمنی را به صورت کامل رعایت نمود. اتانول نیز می تواند گوگرد را در مقادیر جزئی حل نماید. 

دسته بندی حلال های نفتی :

•  اسپریتهای با نقطه جوش ویژه (SBP)

محدوده جوش این گونه حلال ها بین 30 تا 160 در جه سانتی گراد قرار دارد و دارای زیر گروه های مختلف می باشند همانگونه که در جدول زیر ارائه شده است .

طبقه بندی	چگالی تقریبی در 15֯C	گستره جوش (֯C)	کاربرد
A	0.675	40-100	صنایع چسب-رنگ-چربی زدایی
B	0.675	60-80	استخراج مواد چرب-روغن کشی
C	0.700	70-100	استخراج مواد چرب-روغن کشی-لاستیک سازی
D	0.71	95-103	آبگیری از الکل
E	0.73	100-130	صنایع لاستیک-رنگ-چربی زدایی
F	0.74	100-160	صنایع لاستیک-رنگ-چاپ
G	0.645	30-75	استخراج عطرها
H	0.765	بنزین اتومبیل بدون سرب	جوشکاری

• اسپیریتهای سفید

اسپیریتهای سفید حلال های کمی سنگینتر از SBP می باشند و محدوده جوششان بین 135 تا 205 درجه سانتی گراد قرار دارد. نوع بدون آروماتیک آنها نیز وجود دارد. این حلال ها اساسا به عنوان تینر رنگ به کار می روند. از این جمله می توان حلال 402 و حلال 403 اشاره کرد. 

• حلال های کروزنی (نفت سفید)

این حلال ها با فاصله جوش بین 160 تا 300 درجه سانتی گراد دارای خواص حلال های نسبتا سنگین می باشند. کاربرد آنها در چراغهای روشنایی و اضطراری و در مرکب چاپ می باشد.

• آروماتیک  های خالص (بنزن، تولوئن ، زایلنها)

بنزن ، تولوئن و زایلن ها هم به عنوان حلال و هم به عنوان واسطه برای صنایع شیمیایی و پتروشیمی استفاده می شوند.

مشخصه های مهم حلال های نفتی:

موارد مهمی که پیرامون این حلال ها مطرح می شوند شامل : فراریت ، قدرت حلالیت، درجه خلوص، بو، ایمنی و گرانروی هستند که در ادامه آنها را بررسی خواهیم نمود.

• فراریت

فراریت یکی از خواص مهم یک حلال هیدروکربنی است و معرف زمان لازم برای تبخیر حلال است که منجر به خشک شدن ماده حل شده می شود. مقدار مطلوب فراریت بستگی به نوع ماده حل شده و دمای کاربرد آن دارد.

معمولا فراریت با نقاط اولیه و نهایی (و گاه تعددادی از نقاط میانی) منحنی تقطیر (دما بر حسب درصد تقطیر شده) و نیز فشار بخار مشخص می شود.

• قدرت حلالیت

قدرت حلالیت معرف میزان آمیزش حلال و ماده حل شده می باشد و باید تا حد امکان بالا باشد. در مورد یک حلال استخراج، علاوه بر قدرت حلالیت، سلکتیویته نیز مطرح است یعنی آنکه بتواند برخی از مواد را به صورت انتخابی از خوراک جدا کند.

برای تعیین قدرت حلالیت معیارهای متعددی وجود دارد. آنالیز شیمیایی می تواند یک معیار مطلوب باشد زیرا میزان هیدروکربنهایی را که به عنوان حلال های مناسب شناخته شده اند (نظیر اروماتیک ها) مشخص می کند. از آزمایش نقطه انیلین نیز می توان برای مشخص نمودن آروماتیکها استفاده کرد.

• درجه خلوص

درجه خلوص مورد نیاز برای یک حلال بر حسب نوع کاربرد آن متفاوت است ولی به طور کلی از پارامترهای مهمی است که باید بوسیله آزمایش های لازم مشخص شود.

در رابطه با ناخالصی گوگردی معمولا آزمایش “نوارخوردگی مس” و یا “دکتر” کفایت می کند. تمایل حلال به تشکیل رسوب صمغی ناشی از پلیمریزاسیون اولفینها، بوسیله آزمایش “صمغ پتانسل” مشخص می شود. مقدار اولفین نیز بوسیله “اندیس برم” که معرف درجه سیر نشدگی است، تعیین می شود.

مقدار جزئی ترکیبات اسیدی و یا بازی موجود در حلال نیز بوسیله تیتر کردن مشخص می شوند. رنگ حلال نیز بررسی می شود زیرا حلال خالص باید بیرنگ باشد . مقدار جزیی آروماتیک های سنگین موجب زرد شدن حلال می شوند.

• بو

بررسی بوی حلال ها مهم است زیرا این مواد اغلب در محیط های بسته استفاده می شوند مضافا اینکه معمولا بوی یک ماده سمیت ان را در اذهان تداعی می کند.

بوی حلال بستگی به هیدروکربن های سازنده آن دارد بدین ترتیب که پارافینی ها دارای بوی ملایم، نفتنی ها دارای بوی متعادل و آروماتیک ها دارای بوی تند می باشند. ترکیبات گوگردی نیز بوی شدید و گاه زننده ای دارند که بر سایر بوها غلبه دارد.

معیار استانداردی جهت تعیین بو وجود ندارد و در مورد حلال ها “نداشتن بوی نامطبوع” را به عنوان مشخصه ذکر کرده اند.

• ایمنی و عدم سمیت

حلال های نفتی بسیار آتشگیر بوده، می توانند در حضور هوا ایجاد انفجار نمایند. به همین دلیل باید نقطه اشتعال آنها که با فراریت و فشار بخارشان در ارتباط است، دقیقا مشخص شود. نقطه اشتعال حلال های SBP کمتر ار دمای محیط (18 درجه سانتیگراد) و درمورد اسپریتهای سفید حدود 23 درجه سانتی گراد است.

به سبب آتشگیر بودن حلالها ، هنگام بارگیری و حمل آنها باید مقررات ویژه ای اعمال گردد.

خطر دیگر، مسمومیت در اثر تنفس حلال است که به مقدار بنزن آن بستگی دارد. معمولا مقدار مجاز بنزن در لیست مشخصات حلال ذکرمی گردد.

• گرانروی

در بعضی موارد، گرانروی نیز به عنوان مشخصه یک حلال ذکر می گردد. به طور کلی  هرچه چگالی و دمای جوش یک حلال بالاتر باشد ، گرانروی آن بیشتر است.  

جهت خرید، فروش و اطلاع از قیمت انواع حلال شیمیایی با ما در تماس باشید.