การแยกสาร
การแยกสาร
ใช้ในการแยกสารประกอบซึ่งมี 7 วิธี ได้แก่
การตกตะกอน
การตกตะกอน คือ การแยกสารผสมที่เป็นของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลว โดยมีหลักการที่สำคัญ คือ การนำสารผสมตั้งทิ้งไว้ เนื่องจากอนุภาคของแข็งที่แฝงอยู่นั้นมีน้ำหนัก ดังนั้นจึงตกตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะ จากนั้นรินอนุภาคของเหลวด้านบนออกจากอนุภาคของของแข็งจะทำให้ได้สารบริสุทธิ์ทั้งสองส่วน ตัวอย่างของผสมที่ใช้วิธีการแยกสารโดยการตกตะกอน คือ น้ำโคลน ประกอบด้วยส่วนของดินที่แขวนลอยในน้ำ เมื่อตั้งทิ้งไว้นานๆ อนุภาคของดินจะตกตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะ ส่วนน้ำจะใสขึ้นสามารถรินแยกออกจากกันได้
เพื่อเป็นการลดเวลาในการตกตะกอนของสารแขวนลอย นักวิทยาศาสตร์จึงได้คิดค้นเครื่องเหวี่ยง (centrifuge) แรงเหวี่ยงดังกล่าวจะทำให้ของแข็งที่แขวนลอยในของเหลวตกตะกอนได้ง่ายและเร็วขึ้น
รูปแสดงเครื่องเหวี่ยงที่ใช้ในการตกตะกอน
การกลั่น
การกลั่น คือ การแยกสารผสมที่เป็นของเหลวหรือของแข็งที่ละลายเป็นเนื้อเดียวกับของเหลว โดยอาศัยความแตกต่างของจุดเดือดและสมบัติการระเหยยากของสาร หลักการที่สำคัญคือ ทำให้ของเหลวกลายเป็นไอโดยการให้พลังงานความร้อน ทำให้สารที่มีจุดเดือดต่ำกว่าจะระเหยเป็นไอก่อน และเมื่อเย็นลงไอจะควบแน่นแล้วกลั่นตัวเป็นของเหลวที่บริสุทธิ์ การกลั่นแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. การกลั่นธรรมดา โดยทั่วไปใช้แยกสารผสมที่เป็นอนุภาคของแข็งละลายในอนุภาคของเหลว ซึ่งเนื่องจากองค์ประกอบของสารผสมมีสถานะต่างกันทำให้จุดเดือดมีความแตกต่าง กันมาก เช่น น้ำเกลือ ประกอบด้วย น้ำที่มีสถานะเป็นของเหลวและเกลือที่มีสถานะเป็นของแข็ง เมื่อให้ความร้อนแก่น้ำเกลือ น้ำจะระเหยกลายเป็นไอก่อนเพราะจุดเดือดต่ำกว่าเกลือ และเมื่อไอน้ำผ่านถึงเครื่องควบแน่นจะทำให้ไอน้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำที่บริสุทธิ์
ส่วนเกลือจะอยู่ในขวดกลั่นเพราะยังไม่ถึงจุดเดือดของเกลือจึงไม่สามารถกลายเป็นไอได้ ทำให้สารที่กลั่นได้คือ น้ำ สารที่เหลืออยู่ในขวดกลั่นคือ เกลือ ดังรูป
รูปแสดงการกลั่นแบบธรรมดา
ข้อควรทราบ
– การกลั่นธรรมดาเหมาะกับสารผสมที่ต่างสถานะกัน หรือสารที่มีจุดเดือด (boiling point, b.p.) ต่างกันมากกว่า 80 องศาเซลเซียส
– การกลั่นนั้นมีกระบวนการแบบเดียวกับการเกิดฝน
2. การกลั่นลำดับส่วน ใช้แยกสารละลายที่มีสถานะเป็นของเหลว เนื่องจากองค์ประกอบมีสถานะเหมือนกัน ทำให้จุดเดือดต่างกันไม่มาก
ดังนั้นจึงไม่สามารถทำสารให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการกลั่นธรรมดาได้ เพราะจะได้สารที่กลั่นออกมาไม่บริสุทธิ์อธิบายได้ดังนี้ สารที่ระเหยก่อนยังเป็นไอไม่สมบูรณ์ สารอีกชนิด ก็ระเหยกลายเป็นไอตามมา เมื่อผ่านไปยังเครื่องควบแน่น จะกลั่นตัวได้สารทั้งสองชนิดออกมาจึงเป็นการแยกสารที่ไม่สมบูรณ์ โดยมีหลักการ คือ สามารถแยกสารละลายที่จุดเดือดต่างกันเล็กน้อย และสารที่มีจุดเดือดต่ำจะกลั่นตัวออกมาก่อน เช่น การแยกน้ำออกจากแอลกอฮอล์ (น้ำมีจุดเดือด 100 องศาเซลเซียส แอลกอฮอล์มีจุดเดือด 78.5 องศาเซลเซียส) เมื่อนำสารละลายมากลั่น แอลกอฮอล์จะระเหยกลายเป็นไอก่อน ขณะเดือดนอกจากเกิดไอของแอลกอฮอล์แล้วยังมีไอน้ำระเหยตามมาด้วย เมื่อไอลอยขึ้นสู่คอลัมน์แก้วที่อุณหภูมิต่ำลงเรื่อยๆ ทำให้ไอน้ำควบแน่นกลับสู่ขวดกลั่น ส่วนไอของแอลกอฮอล์จะผ่านไปได้และไปกลั่นตัวที่เครื่องควบแน่น ซึ่งมีความบริสุทธิ์ของแอลกอฮอล์เกือบสมบูรณ์
รูปแสดงการกลั่นลำดับส่วน
นอกจากนี้ การกลั่นลำดับส่วนยังเป็นการนำสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีคุณค่าในน้ำมันดิบออกมาใช้ประโยชน์ได้ด้วยกระบวนการนี้
รูปแสดงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนของน้ำมันดิบ
การตกผลึก
การตกผลึก คือ การแยกของผสมที่เป็นของแข็งที่มีสมบัติการละลายในตัวทำละลายต่างกันและได้ไม่เท่ากันทุกอุณหภูมิ มีหลักการ คือ เมื่อนำของผสมละลายในตัวทำละลายต้มสารละลายนั้นจนละลายหมด แล้วทิ้งให้อุณหภูมิลดลง สารที่ละลายน้อยกว่าจะอิ่มตัวแล้วตกผลึกแยกออกมาก่อน เช่น น้ำตาลกับเกลือซิลเวอร์ไนเตรตกับโพแทสเซียมไนเตรต การแยกเกลือโซเดียมคลอไรด์ออกจากน้ำทะเล
รูปแสดงตัวอย่างผลึกบางชนิด
การสกัดด้วยตัวทำละลาย
การสกัดด้วยตัวทำละลาย คือ การแยกสารโดยอาศัยสมบัติการละลายของสารในตัวทำละลาย ต้องคำนึงถึงตัวทำละลายที่เหมาะสมเพื่อให้ได้สารที่ต้องการในปริมาณมาก มีหลักการดังนี้
– เลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมเพื่อสกัดให้ได้สารที่ต้องการออกมามากและต้องมีสิ่งเจือปนติดน้อยที่สุด และไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการสกัด
– กรณีที่ต้องแยกสารผสมที่มีองค์ประกอบปนกันหลายชนิด ต้องเลือกตัวทำละลายที่ละลายสารใดสารหนึ่งได้มากและอีกสารได้น้อยมาก เพื่อให้เจือปนกันน้อยที่สุด
– แยกสารที่ไม่ต้องการออกไป โดยกระบวนการแยกสารต่างๆ เช่น การกรอง เป็นต้น
– แยกสารที่ต้องการออกจากตัวทำละลาย
ซึ่งวิธีการนี้จะนิยมใช้สกัดสีจากธรรมชาติ สมุนไพร สกัดน้ำมันหอมระเหย เป็นวิธีการที่ประหยัดและปลอดภัย
รูปแสดงน้ำมันหอมระเหยที่ได้จากการสกัดด้วยตัวทำละลาย
การโครมาโทรกราฟี
เหมาะสมสำหรับการแยกสารที่มความสามารถในการละลาย และ ดูดซับไม่เท่ากัน , สารที่มีปริมาณน้อย และ ไม่มีสี โดยหลักสำคัญ มีดังนี้
– ในการทดลองทุกครั้งจะต้องปิดฝา เพื่อป้องกันตัวทำละลายแห้ง ในขณะที่เคลื่อนที่บนตัวดูดซับ
– ถ้าสารเคลื่อนทีใกล้เคียงกันมาก แสดงว่าสารมีความสามารถในการละลาย และ ดูดซับได้ใกล้เคียง และ จะแก้ไขได้โดย การเปลี่ยนตัวทำละลาย หรือ เพิ่มความยาวของดูดซับได้ แต่สารที่เคลื่อนที่ได้ระยะทางเท่ากันในตัวทำละลาย และ ตัวดูดซับใกล้เคียงกัน มักจะสรุปได้ว่าสารนั้นเป็นสารเดียวกัน
โดยวิธีนี้สามารถทำให้สารบริสุทธิ์ได้ โดยตัดแบ่งสารที่ต้องการละลายในตัวทำละลายที่เหมาะสม แล้วระเหยตัวทำละลายนั้นทิ้งไป แล้วนำสารนั้นมาทำการโครมาโทรกราฟีใหม่ จนได้สารบริสุทธิ์
การสกัดด้วยไอน้ำ
เหมาะสมสำหรับการสกัดพวกน้ำมันหอมระเหยจากพืช และ การทำน้ำหอม ( CH3COOH2O ) โดยมีหลักสำคัญ ดังนี้
– จุดเดือดต่ำจะระเหยง่าย ถ้าเป็นสารที่มีจุดเดือดสูง จะต้องการกลั่นโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงความดันในระบบ
– สารส่วนใหญ่ไม่ละลายน้ำ
การกรอง
เป็นวิธีการแยกสารออกจากกันระหว่างของแข็งกับของเหลว หรือใช้แยกสารแขวนลอยออกจากน้ำ ซึ่งใช้กันมากในทางเคมี โดยเฉพาะในห้องปฏิบัติการที่กรองสารในปริมาณน้อย ๆ การกรองนั้นจะต้องเทสารผ่านกระดาษกรอง อนุภาคของแข็งที่ลอดผ่านรูกระดาษกรองไม่ได้จะอยู่บนกระดาษกรอง ส่วนน้ำและสารที่ละลายน้ำได้จะผ่านกระดาษกรองลงสู่ภาชนะ
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น