طرق الفصل الكيميائي

طرق الفصل الكيميائي

تقسم طرق الفصل بشكل أساسي إلى قسمين رئيسيين، أولهما طريقة الفصل الكيميائي وثانيهما طريقة الفصل الفيزيائي، وتجدر الإشارة إلى أنّ كل طريقة منهما تتضمن مجموعة متنوعة من الطرق والخطوات تندرج تحتها، إذ إنها تُستخدم لفصل المواد بدرجة صعوبة تتراوح من بين بسيطة ومعقدة، وتعتمد الكثير من الصناعات المهمّة في هذه الأيام على عمليات الفصل، وفيما نأتي على ذكر بعض أنواع طرق وتقنيات الفصل الكيميائي^[١]:

• التقطير: يُعَد أقدم وأوسع طُرُق الفصل انتشارًا للمحاليل والمخاليط التي تحتوي على مواد قابلة للتبخّر، فهي تعتمد في فصل المواد على الاختلاف بين درجات غليان هذه المواد، إذ يجري تسخين الخليط أو المحلول ثمّ تكثيف الأبخرة المتصاعدة الناتجة عن التسخين، وبالتالي الحصول على مواد سائلة منفصلة، وفي التقطير الأزيوتروبي يُضاف مركّب لتكوين مزيج أزيوتروبي مع أحد مكونات الخليط على الأقل، إذ يساعد ذلك على فصل هذا المكوّن عن باقي مكوّنات الخليط بسبب ازدياد الاختلاف بين مكوّنات الخليط^[٢].
• التّبلور: تعد هذه الطريقة في فصل المواد كيميائيًّا أحد أقدم الطرق المستخدمة في العمليّات الصناعيّة والمختبريّة، وتجدر الإشارة إلى أنّ لها العديد من الاستخدامات مثل؛ الفصل والتنقية والتركيز والتصلّب، ويمتاز التبلور بأنّ ثمن تطبيقه أقل من التبخير في التطبيقات التي يمكن استخدامها فيها، فدرجة الحرارة المستخدمة في التبلور أقل من درجة حرارة التبخّر، وهو ما يساعد على توفير الطاقة، كما يمكن فصل المواد في الخليط عن طريق تبريد الخليط وتجميده بالاعتماد على درجة الذوبان، وبما أنه تختلف درجة ذوبان بلورات المواد عن بعضها البعض يتم الفصل بينها.
• الكروماتوغرافيا: الكروماتوغرافيا هي طريقة الفصل التي يجري خلالها تمرير الخليط في محلول أو غاز عبر وسط تتحرّك فيه المكوّنات بسرعات وبمعدّلات مختلفة في وسط صلب^[٣]. 
• الفصل بالأغشية: تتكوّن هذه الطريقة من مرحلتين مفصولتين فيزيائيًّا بمرحلة ثالثة وهي الغشاء، في جميع عمليات الفصل بالأغشية يتم تقسيم الخليط إلى مرحلتين؛ الأولى هي النفاذية؛ وهي المواد التي تمر من خلال الغشاء، والثانية هي الاحتفاظ، وهي الجزء المتبقي الذي يحتفظ به الغشاء ولا يمر من خلاله، ويتم التحكم في نقل المواد بين مرحلتي النفاذية والاحتفاظ عن طريق الغشاء وظروف التشغيل، ويُسمح لنوع أو أكثر من الأنواع الموجودة في الخليط بالمرور عبر الغشاء بينما تبقى الأنواع الأخرى، أي أن الغشاء انتقائي لهذه المواد.
• الامدصاص (الامتزاز): تتسم بعض المواد الصلبة المساميّة بانتقائيتها العالية لامدصاص مركبّات معيّنة، لذا تستخدم كوسيلة فصل كيميائي بحيث يسهل اختراقها من قِبَل واحد أو أكثر من مكوّنات الخليط، لأنّ لها روابط قويّة مع هذه المكونات، ويتم بعد ذلك امتصاص المواد التي تمّ امدصاصها والاحتفاظ بها بالمادّة الصلبة، ويتم تكرار هذه العملية بشكل دوري بالتناوب بينهما.

حقائق غريبة عن طرق الفصل الكيميائي

العالم من حولنا مليء بالمخاليط، إذ تجري العديد من عمليات الفصل في الطبيعة وباستمرار دون الحاجة للتدخّل البشري، وفي بعض الأحيان يحتاج الانسان لفصل مواد معيّنة باعتماد طريقة الفصل الفيزيائي أو الكيميائي، وهناك الكثير من الحقائق الغريبة والمهمّة عن طرق الفصل الكيميائي على وجه الخصوص، وفيما يلي نأتي على ذكر أبرزها^[٤][٥]:

• يُستخدم التقطير التجزيئي عندما يتكوّن المحلول من سوائل لها نفس درجة الغليان، وهي طريقة تقطير أكثر تعقيدًا من التقطير البسيط.
• يُفصل الحمض النووي من البروتينات في عيّنة بيولوجيّة بواحدة من أنواع الاستخلاص، التي تعد أحد أهم طرق الفصل الكيميائي. 
• تحتاج عمليّة فصل المواد في بعض الأحيان إلى تطبيق أكثر من مرحلةٍ وتنفيذ أكثر من نوعٍ من أنواع الفصل، سواء أكان كيميائي أو فيزيائي^[٢].
• تدور أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة نحو 30,000 مرّة في الدقيقة الواحدة.

أمثلة على طرق الفصل الكيميائي

هناك العديد من المركبات والعناصر التي لا توجد في الطبيعة في شكلها النقي بل كأجزاء من مخاليط، والكثير من تلك المخاليط يستخدمها الإنسان يوميًا بعد فصلها بإحدى طرق الفصل فيزيائيّة كانت أم كيميائيّة، وفيما يأتي بعض أشهر الأمثلة على طرق الفصل الكيميائي تحديدًا^[٤]:

• إنتاج الأكسجين والنيتروجين والغازات النبيلة كالآرجون عن طريق فصل الهواء كيميائيًا.
• غسيل الكلى بالاعتماد على طريقة الأغشية التي تندرج ضمن طرق الفصل الكيميائي.
• فصل الحمض النووي عن البروتينات في عينة بيولوجية لاستخدامها في البحث العلمي والصناعات الدوائية والطب الشرعي.
• إنتاج المنتجات الصيدلانية والحيوية على شكل مسحوق.
• إعادة تدوير المواد البوليمرية (البلاستيكية) بغية التخلص منها، والحد من تراكمها في الطبيعة.

أسئلة تجيب عنها حياتكِ

هل كل طرق الفصل الكيميائي دقيقة؟

تتفاوت طرق الفصل الكيميائي فيما بينها في درجة دقّتها، فبعض الطرق يجري خلالها تكرار العملية أكثر من مرّة أو حتى استخدام أكثر من طريقة معًا لزيادة دقّة النتائج^[٢].

ما الفرق بين طرق الفصل الكيميائي والفيزيائي؟

• الفصل الفيزيائي: فصل مكونات خليطٍ ما عن بعضها البعض بالاعتماد على الاختلافات الفيزيائيّة لمكوّنات هذا الخليط؛ مثل اللّون والحجم وحالة المادة (سائلة أم صلبة)، بحيث لا يكون هناك روابط كيميائيّة بين مكوّنات الخليط^[٤].
• الفصل الكيميائي: فصل مكونات خليطٍ ما تربط بين مكوناته روابط كيميائيّة، إذ يجري الاستعانة بمكونات غير تلك الموجودة في الخليط لترتبط بمكوناته بدرجات وطرق مختلفة^[٢].

المراجع

1. ↑ "Methods for Separating Mixtures", courses.lumenlearning, Retrieved 21/4/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت ث} National Academies Press (1998), Separation Technologies for the Industries of the Future, USA:National Academies Press, Page 6-12. Edited.
3. ↑ "Methods for Separating Mixtures", lumenlearning, Retrieved 23/3/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} Iddo Magen (27/1/2020), " ‘Divorcing’ Materials – Separation Methods in Science, Industry, and at Home", davidson institute, Retrieved 24/3/2021. Edited.
5. ↑ "Separating Mixtures", ducksters, Retrieved 21-4-2020. Edited.