طرق الفصل الفيزيائية بالتصفية والتقطير.. أمثلة عملية للحصول على مادة نقية

يهتم العديد من الطلاب بمعرفة طرق الفصل الفيزيائية، وهي واحدة من أهم دروس منهج العلوم المقرر على العديد من التلاميذ في الصفوف الدراسية المختفة، كما تستخدم طرق الفصل في الهندسة الكيميائية لتحويل مزيج أو خليط من مواد إلى منتجات مميزة، ومع تعدد المخاليط في الطبيعة، تتزايد الحاجة إلى فصلها لأغراض عديدة، حيث تكرير البترول وتحلية المياه واستخلاص مادة D.N.A الوراثية من الخلايا، وغيرها الكثير من الأغراض الأخرى، ولذلك نوضح لكم طرق الفصل الفيزيائية بالشرح المبسط.

طرق الفصل الفيزيائية

تحظى طرق الفصل الفيزيائية، باهتمام بالغ لأغراض عديدة كما ذكرنا في الأعلى، ويشار إلى طرق الفصل بأنها مجموعة من العمليات التي تستخدم لـ فصل المخاليط إلى مواد نقية دون تغيير في تركيبها الكيميائي، وتعتمد هذه الطرق على الاختلافات في الخواص الفيزيائية للمواد المكونة للمخلوط مثل الكثافة، درجة الغليان، الحجم، الشكل، الذوبانية وغيرها.

ووفقا للعلماء، تعتمد طرق الفصل الفيزيائية، كالتصفية والتقطير، على الفروق في حجم الجسيمات وفي درجات غليان المواد الموجودة في الخليط، وهذه الصفات يمكن قياسها أو مشاهدتها من دون تغيير هوية المادة نفسها، وفي هذه السطور نرصد طرق الفصل الفيزيائية بالتصفية والتقطير كالتالي:

التصفية

تعتبر التصفية من أسهل طرق الفصل الفيزيائية، بل ويمكن تجربتها في الحياة اليومية بأدوات بسيطة تتمثل على سبيل المثال في تصفية المكرونة المسلوقة من الماء الساخن، ووفقا للنظريات العلمية، تعتمد التصفية على كون جسيمات الماء الصغيرة قادرة على المرور من خلال ثقوب المصفاة، في حين أن جسيمات المادة الصلبة كبيرة جدا وتبقى في المصفاة.

وفي بعض الحالات تكون المادة الصلبة هي المهمة مثل الحال في مثال المكرونة، وفي حالات أخرى يكون السائل أكثر أهمية، وبالتالي يتم تنقيته من المواد الصلبة الكبيرة وإبقاء هذه المواد داخل المصفاة، مع العلم أن حجم ثقوب المصفاة هو الذي يحدد المواد التي يمكنها المرور منها والمواد التي تبقى في المصفاة. 

تصفية مايكرو

وترتبط التصفية التي هي من أهم طرق الفصل الفيزيائي، بالتعقيم، حيث تنقية المحلول من التلوث البكتيري، لذلك يتم تمريره من خلال المصفاة، والبكتيريا الموجودة في المحلول تبقى داخل المصفاة، في حين أن جزيئات المحلول الصغيرة تمر من خلال ثقوبها، وتسمى هذه العملية أيضًا، تصفية- مايكرو، لأن الحديث يدور عن جزيئات صغيرة نسبيًا، وتستخدم هذه الطريقة للتعقيم عندما يتعذّر إجراء ذلك بطرق أخرى كالتسخين أو الأشعة فوق البنفسجية، خوفًا من تفكك جزيئات المحلول. 

تصفية النانو

وأما تصفية النانو، فهي عملية يتم استخدامها عندما تكون الجسيمات أصغر ولا يتعدى حجمها 100 نانومتر، أي أقل من جزء من ألف من المليمتر، ويطلق عليها "تصفية النانو"، ولا تعتمد على حجم الثقوب، بل على القوى الكهربائية العاملة بين الجزيئات، التي تزداد أهميتها كلما صغر حجم الجزيئات، وأهم مثال على هذه العملية، عملية التناضح العكسي المستخدمة في تحلية المياه، ففي هذه الحالة يستعمل غشاء انتقائي يسمح بمرور الماء ويمنع مرور الجسيمات المذابة. 

التقطير

الطريقة الثانية من طرق الفصل الفيزيائية هي طريقة التقطير، ويتم فيها الفصل بين المكونات الموجودة في خليط المواد السائلة بالاعتماد على الفروق في درجات غليانها، ففي عملية التقطير البسيطة، يتم غلي الخليط وتجميع الأبخرة في وعاء تكثيف تعود فيه إلى حالتها السائلة، والأبخرة التي تظهر أولًا هي أبخرة المادة ذات درجة الغليان الأقل، وتستمر بعد ذلك عملية الغلي ويتم تجميع أبخرة المادة التالية في وعاء التكثيف، وهكذا.

ويتم التعرف على زمن توقف غليان إحدى المواد وبداية غليان مادة أخرى في الخليط عن طريق القياس المتواصل لدرجة حرارة الخليط، حيث تتوقف درجة حرارة الخليط عن الارتفاع خلال غليان مادة معينة وتبقى عالقة عند درجة غليان المادة، ثم تعود للارتفاع بوتيرة سريعة، وأفضل مثال على التقطير، عملية تكرير البترول الخام، والمقاطع الرئيسية التي تنتج عن تكرير البترول الخام تستخدم لإنتاج بنزين محركات السيارات وكمادة خام لصناعة البلاستيك، والسولار الذي يستخدم لإنتاج وقود لمحركات الديزل والمازوت الذي يستخدم كوقود في محطات توليد الطاقة الكهربائية.

الفرق بين طرق الفصل الفيزيائية والكيميائية

تعتمد طرق الفصل الفيزيائية التي أوضحناها في الأعلى بالتصفية والتقطير، على الصفات الطبيعية للمواد، أي الصفات التي يمكن رؤيتها أو قياسها من دون تغيير هوية المادة، بينما تعتمد طرق الفصل الكيميائية والمتمثلة فالاستخلاص على سبيل المثال، على الصفات الكيميائية للمواد أي الصفات التي تحدد هوية المادة.

ومن تطبيقات طرق الفصل الفيزيائية في الحياة اليومية والصناعة، تكرير النفط بفصل مكونات النفط الخام للحصول على المنتجات البترولية المختلفة، ومعالجة المياه لتنقيتها من الشوائب للحصول على مياه صالحة للشرب، وكذلك صناعة الأدوية لفصل المواد الفعالة عن الشوائب، فضلا عن صناعة الأغذية مثل فصل السكر عن قصب السكر.