نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نفصل المخاليط باستخدام الترشيح والتبلور. وسنتعلم أيضًا كيف نحدد الجهاز الذي سنحتاج إليه والطريقة التي يتعين علينا اتباعها.
في الكيمياء التجريبية، تعد القدرة على تنقية المواد المختلفة وفصلها مهارة أساسية. وثمة طريقتان مفيدتان لفعل ذلك، وهما الترشيح والتبلور. لنلق نظرة عن كثب على ما يمكن لكل من هاتين الطريقتين تحقيقه.
الترشيح، على سبيل المثال، يفيد في فصل المواد الصلبة عن السوائل. وأحد الأمثلة على استخدامنا الترشيح في حياتنا اليومية هو استخلاص بقايا البن المطحون من كوب القهوة. من ناحية أخرى، يفيد التبلور في استخلاص المواد الصلبة من المحاليل. أحد الأمثلة على ذلك، الذي ربما صادفته، هو استخلاص كبريتات النحاس من محلول كبريتات النحاس. قد يبدو للوهلة الأولى أن العمليتين تؤديان الأمر ذاته، أي فصل مادة صلبة عن سائل، ولكن هناك في الواقع بعض الفوارق الأساسية بينهما. على سبيل المثال، في الترشيح تكون المادة الصلبة التي نفصلها غير قابلة للذوبان في السائل الذي نفصلها عنه، مثل البن المطحون والماء. ولكن في التبلور يكون لدينا مادة صلبة قابلة للذوبان في السائل الذي نحاول فصلها عنه. وهذا فارق مهم.
لنبدأ بإلقاء نظرة فاحصة على كيفية إجراء الترشيح. توجد طريقتان رئيسيتان لإجراء الترشيح. وهما الترشيح بالجاذبية والترشيح بالتفريغ. الترشيح بالجاذبية أبطأ كثيرًا من الترشيح بالتفريغ. لكن الترشيح بالجاذبية يكون أفضل عادة من الترشيح بالتفريغ عندما يكون السائل هو الجزء الذي نريد الاحتفاظ به. علاوة على ذلك، يفضل الترشيح بالجاذبية عندما يكون لديك حجم كبير من السائل المراد ترشيحه. الترشيح بالتفريغ أسرع من الترشيح بالجاذبية، ويفضل استخدامه عند ترشيح كميات صغيرة من المادة الصلبة أو السائل. ولكنه ليس جيدًا بقدر الترشيح بالجاذبية إذا كان لديك الكثير من المادة الصلبة أو السائل. لا تنس أيضًا أنه يمكنك إجراء الترشيح بالجاذبية في صورة ترشيح ساخن. يكون ذلك مفيدًا في حالة حدوث تبلور داخل القمع أثناء إجراء الترشيح.
لنلق نظرة إذن على كيفية إجراء الترشيح بالجاذبية. لإجراء الترشيح بالجاذبية ستحتاج إلى دورق مخروطي، الذي يسمى أحيانًا بدورق إرلنماير، وقمع. وللتأكد من عدم سقوط أي شيء، يجب تثبيت القمع بماسك أو حامل ذي حلقة. لاحظ أن الدورق المخروطي أو دورق إرلنماير لا يحتاج إلى تثبيته بماسك؛ لأن وضعية القمع ستجعله ثابتًا في مكانه. وعندما تحتاج إلى إزالة الدورق المخروطي، يمكنك ببساطة إرخاء الماسك المثبت بالحامل وتحريك القمع إلى أعلى عمود الحامل. وهذا يتيح لك مساحة كافية لإخراج الدورق المخروطي أو إدخاله. لا تنس أن الزجاجيات المثبتة بماسك يجب أن تعلق دائمًا فوق القاعدة الثقيلة للحامل. فهذا يمنع انقلاب أي شيء.
آخر الأدوات التي سنحتاج إليها هي ورقة ترشيح. أوراق الترشيح دائرية الشكل، ولها العديد من الأحجام المختلفة. وهي تشبه إلى حد كبير المرشحات المستخدمة لإعداد القهوة المرشحة. لإدخال ورقة الترشيح الدائرية داخل القمع، يجب طيها. يمكننا طيها إلى أرباع، وهو ما سيعطينا شكلًا مخروطيًّا. ولكن باستخدام هذه الطريقة، سيكون هناك جزء من المخروط به طبقة مزدوجة من ورقة الترشيح. ووجود طبقتين من ورقة الترشيح يمر السائل خلالهما سيجعل الترشيح أبطأ. وتذكر أن الترشيح بالجاذبية أبطأ من الترشيح بالتفريغ بالفعل. لذا على الرغم من أنه بمقدورنا استخدام هذه الطريقة، فهي ليست الطريقة الأكثر فعالية. بدلًا من ذلك، علينا جعل ورقة الترشيح مخددة. هذا يعني طيها إلى العديد من المثلثات الصغيرة، ثم تبديل اتجاهها بحيث تصبح مضلعة مثل الأكورديون. وعلى الرغم من صعوبة فعل ذلك، فهو يعني أننا عندما نجري ترشيحًا لأي مادة فإنها ستمر خلال طبقة واحدة فقط من ورقة الترشيح بغض النظر عن الجزء الذي ستمر خلاله. وبالتدريب ستصبح هذه الطريقة أسهل. بمجرد جعل ورقة الترشيح مخددة، يمكننا وضعها داخل القمع ونبدأ الترشيح. إذن خطوتنا الأولى دائمًا هي إعداد الجهاز.
الشيء التالي الذي سنحتاج إلى فعله هو تحريك الخليط الذي سنرشحه بشكل دائري. هذا سيؤدي إلى توزيع أي جسيمات دقيقة موجودة في قاع الخليط توزيعًا جيدًا في جميع أنحاء السائل. وهو أمر مهم بوجه خاص إذا كانت هذه الجسيمات هي ما نريد الحصول عليه. وفي حالة عدم التحريك دائريًّا، قد يبقى جزء من هذه المادة داخل الدورق المخروطي دون أن يمر عبر ورقة الترشيح. وهذا سيجعل إخراجه من الدورق أمرًا صعبًا.
بعد ذلك يمكننا سكب الخليط الذي حركناه دائريًّا في ورقة الترشيح المخددة. يجب أن تفعل ذلك بتمهل وتدريجيًّا، مع التحريك مجددًا إذا لزم الأمر. احرص على عدم امتلاء القمع بالكامل. فيجب ألا يتجاوز أي من هذا الخليط حافة ورقة الترشيح وينزلق إلى داخل الدورق. فهذا قد يعني إفلات جزء من المادة الصلبة، وسيتعين عليك إجراء كل هذا من جديد. إذا امتلأ فاتركه يصرف ما به، ثم أضف المزيد. ما يجب أن يحدث هو أن الجسيمات الصلبة ستظل باقية على ورقة الترشيح، وسيستمر السائل في النزول إلى داخل الدورق. هذا يعني أننا نجحنا في فصل مادة صلبة عن سائل. إذا كانت هذه هي طريقة إجراء الترشيح بالجاذبية، فكيف يختلف الأمر عند الترشيح بالتفريغ؟
لنبدأ استعراض عملية الترشيح بالتفريغ بإعداد الجهاز الذي سنستخدمه. سنحتاج إلى دورق شبيه إلى حد ما بالدورق المخروطي، ولكن به ذراع زجاجية متصلة به. هذه الذراع هي المكان الذي يمكننا فيه توصيل أنبوب بخط التفريغ. تذكر أن أنابيب التفريغ يجب أن تكون سميكة الجدران، ويجب عدم الخلط بينها وبين الأنابيب ذات الجدران الرقيقة التي تستخدمها للماء أو الغاز.
الجزء التالي الذي سنحتاج إليه لإعداد الجهاز هو مانع التفريغ. وعادة ما يكون حلقة مطاطية توضع أعلى الدورق وتثبت القمع في مكانه. ويساعد هذا المانع في غلق الدورق بالكامل بإحكام. بعد ذلك سنحتاج إلى القمع. ولكنه ليس قمعًا زجاجيًّا مخروطي الشكل كالذي استخدمناه في الترشيح بالجاذبية. هذا القمع أسطواني أكثر، ويكون مصنوعًا عادة من السيراميك. إذا نظرت إلى القمع من الأعلى، فستلاحظ أنه يحتوي على الكثير من الثقوب الصغيرة في القاع السيراميكي. يسمى هذا النوع من الأقماع باسم قمع بوخنر. والدورق ذو الذراع الجانبية الذي نستخدمه يسمى دورق بوخنر.
كما هو الحال في الترشيح بالجاذبية، يجب تثبيت الجهاز بحامل لإبقائه آمنًا. هذه المرة سنثبته في الحامل بماسك حول عنق دورق بوخنر. احرص على عدم المبالغة في الإحكام؛ كي لا يتلف زجاج الدورق. من المهم التأكد من إحكام كل ذلك قبل تشغيل التفريغ. فإذا لم يكن محكمًا وبدأت في تشغيل التفريغ، فقد يسحب كل شيء وينقلب.
بعد ذلك سنحتاج إلى ورقة ترشيح. عندما تضع ورقة الترشيح داخل قمع بوخنر، يجب أن تغطي جميع الثقوب. إذا كان أي ثقب ظاهرًا، فهذا يعني أن ورقة الترشيح التي اخترتها صغيرة. لذا يجب عليك تغييرها بأخرى أكبر حجمًا. وبالمثل، إذا كانت ورقة الترشيح أكبر مما ينبغي، فستتجعد وتطوى. وهذا يعني احتمالية انزلاق بعض الخليط إلى داخل القمع دون النفاذ عبر ورقة الترشيح. وهذا يعني أنه من الممكن أن تفلت بعض المواد الصلبة، وسيتعين عليك إعادة كل الخطوات. لذا تأكد من اختيار ورقة الترشيح ذات الحجم المناسب بالضبط.
بمجرد الانتهاء من إعداد الجهاز بالكامل، يمكننا بدء الترشيح. أولًا: يمكننا تشغيل التفريغ في دورق بوخنر. بعد ذلك، قبل أن نبدأ بالفعل في الترشيح، نحتاج إلى اختبار مانع التفريغ. لفعل ذلك، بلل ورقة الترشيح بكمية صغيرة فقط من مذيب. حاول اختيار المذيب ذاته الذي سيكون موجودًا في الخليط الذي سترشحه. وهكذا، إذا كنت بصدد ترشيح الرمل من الماء، فعليك استخدام الماء لتبليل ورقة الترشيح. وإذا كنت ترشح مادة صلبة من الإيثانول، فعليك استخدام الإيثانول لتبليل الورقة.
بمجرد أن تصبح الورقة مبللة، وكان مانع التفريغ يعمل جيدًا، فستسمع صوت سحب. وبالمثل، إذا حاولت تحريك دورق بوخنر برفق، فستشعر بأنه مثبت بإحكام نتيجة قوة التفريغ. وهذا يعني أن لديك إحكامًا جيدًا. إذا لم يكن لديك إحكام جيد، فهذا هو وقت حل المشكلة. ربما تحتاج فقط إلى تعديل وضع القمع داخل مانع التفريغ، أو ربما يكون مانع التفريغ تالفًا وتحتاج إلى استبداله. في كلتا الحالتين، من المهم الحصول على إحكام جيد قبل بدء الترشيح.
وكما هو الحال في الترشيح بالجاذبية، عليك تحريك الخليط بشكل دائري للتأكد من أن لديك خليطًا جيدًا من الجسيمات وأنها ليست ملتصقة بقاع الوعاء. يمكنك بعد ذلك سكب الخليط برفق وببطء داخل قمع بوخنر. من المفترض أن يعمل التفريغ على سحب السائل بسرعة إلى داخل الدورق مع وجود فقاعات وصوت غرغرة واضح. وستتبقى أي جسيمات صلبة على ورقة الترشيح الموجودة في قمع بوخنر. إذا بدأت ورقة الترشيح في التجعد أو الانفلات في أي لحظة، فتوقف عن السكب. تأكد أن ورقة الترشيح مسطحة بشكل دائم. هذا يمنع أي مادة صلبة من الانزلاق إلى داخل الدورق.
إذا غطيت ورقة الترشيح بطبقة سميكة من المواد الصلبة، فيمكن أن يقلل ذلك من كفاءة التفريغ ويسد الورقة. لمعالجة ذلك، قد يتعين عليك إيقاف عملية الترشيح مؤقتًا. يمكنك محاولة نقل جزء من المادة الصلبة برفق، لكن هذه مخاطرة قد تتسبب في تمزيق ورقة الترشيح. لذلك إذا حاولت تجربة هذه الطريقة، يجب أن تكون شديد الحذر. في حالة عدم وجود سائل في قمع بوخنر، ربما يكون من الأسهل الاكتفاء باستخدام ورقة ترشيح جديدة بدلًا من الورقة الممتلئة.
ستحتاج أيضًا إلى مراقبة مستوى السائل داخل دورق بوخنر. إذا امتلأ دورق بوخنر تمامًا، فسيلزم تغييره. إذا وصل السائل إلى ارتفاع الذراع الزجاجية، فسيسحب السائل داخل خط التفريغ، وهو أمر سيئ للغاية. ولهذا السبب يعد الترشيح بالتفريغ الخيار الأمثل لترشيح المخاليط التي تحتوي على كمية صغيرة فقط من المادة الصلبة أو السائل.
الآن وبعد أن فصلنا المواد الصلبة غير القابلة للذوبان عن السوائل، لنستعرض فصل المواد الصلبة القابلة للذوبان عن السوائل. لتحقيق ذلك، نستخدم عملية التبلور. لإجراء عملية التبلور، سنحتاج إلى حوض تبخير يثبت فوق مصدر حراري، مثل موقد بنسن. نضع المحلول داخل حوض التبخير، ونشعل الحرارة.
عندما نبدأ في تسخين المحلول، يبدأ المذيب في التبخر. ومع تبخر المزيد والمزيد من المذيب، فكر فيما يحدث لتركيز المحلول الأصلي. مع وجود مذيب أقل، يصبح المحلول أكثر تشبعًا حتى يصبح فوق مشبع. إذا أطفأنا الحرارة بعد ذلك، فسيبرد المحلول وستلاحظ بلورات بدأت تتكون. وسبب ذلك هو أنه عندما يبرد المحلول، يعجز عن الاحتفاظ بالمزيد من المادة الصلبة في المحلول. وتتساقط هذه المادة الصلبة الزائدة على هيئة بلورات.
يمكننا بعد ذلك استخدام إحدى طريقتي الترشيح لفصل المحلول المتبقي والحصول على البلورات الجديدة. وهذه بالتأكيد إحدى طرق إجراء عملية التبلور. تعني هذه الطريقة أنه في حالة وجود أي شوائب في المحلول، فلن تتشكل هي أيضًا على شكل بلورات. إذن يمكنك عد هذه الخطوة خطوة تنقية، لكنها ليست الطريقة الوحيدة للتبلور.
ثمة طريقة أخرى لاستخلاص البلورات من المحلول، وهي ببساطة الاستمرار في تسخينه. وعندما نتخلص من المزيد والمزيد من المذيب، لا يتبقى في المحلول إلا القليل من المادة الصلبة. لذلك ستلاحظ تكون بعض المادة الصلبة على حواف حوض التبخير. نحتاج ببساطة إلى الاستمرار في التسخين حتى يتبخر المذيب بالكامل، تاركًا وراءه كل المادة الصلبة على هيئة بلورات. الجانب السلبي لطريقة التبلور هذه هو أنه في حال وجود أي شوائب في المحلول الأصلي، فإنها أيضًا ستتشكل على هيئة بلورات، وهو ما يؤدي إلى تلويث عينة المادة الصلبة. لذلك ستحتاج إلى إجراء خطوة تنقية إضافية. هذه الطريقة تنتج بلورات أصغر بكثير مقارنة بالبلورات التي تتكون عند تبخير غالبية المذيب ثم تركه ليبرد. إذا كان لديك الوقت والصبر، فيمكنك الحصول على بلورات كبيرة ومنتظمة باستخدام الطريقة الأولى. ولعلك فعلت ذلك مع محلول كبريتات النحاس، على سبيل المثال.
لنلخص الآن ما تعلمناه عن الترشيح والتبلور. يمكن استخدام الترشيح لفصل المواد الصلبة غير القابلة للذوبان عن السوائل، مثل فصل الرمال عن الماء. يمكننا استخدام الترشيح بالجاذبية، وهي عملية بطيئة ولكنها مناسبة للكميات الكبيرة. وتتضمن هذه العملية استخدام دورق مخروطي وقمع وورقة ترشيح مخددة. ويمكننا استخدام الترشيح بالتفريغ، وهو أسرع ولكنه غير مناسب للكميات الكبيرة من السائل أو المادة الصلبة. ويتضمن الترشيح بالتفريغ استخدام دورق بوخنر، وقمع بوخنر، وخط تفريغ.
من ناحية أخرى، تفيد عملية التبلور في فصل المواد الصلبة القابلة للذوبان عن محلولها، مثل الحصول على بلورات كبريتات النحاس من محلول كبريتات النحاس أو ربما الحصول على بلورات الملح من الماء المالح. تتضمن هذه التقنية تبخير المذيب من المحلول حتى يصبح فوق مشبع. ويمكنك بعد ذلك تبريده لإنتاج بلورات كبيرة، أو الاستمرار في تبخير كل المذيب لإنتاج بلورات أصغر.
