Разтворител: определение, видове, свойства и приложения

Разтворителят е вещество, което се превръща в разтвор чрез разтваряне на твърдо, течно или газообразно разтворено вещество. Разтворителят обикновено е течност, но може да бъде и твърдо вещество или газ. Най-често срещаният разтворител в ежедневието е водата. Тъй като разтворителят е средата, в която се диспергира разтвореното вещество, неговите свойства (полярност, температура на кипене, летливост и др.) пряко влияят на скоростта и степента на разтваряне.

Повечето други често използвани разтворители са органични (съдържащи въглерод) химикали. Те се наричат органични разтворители. Разтворителите обикновено имат ниска температура на кипене и се изпаряват лесно или могат да бъдат отстранени чрез дестилация, като по този начин остават разтвореното вещество. Следователно разтворителите не трябва да влизат вхимични реакции с разтворените съединения - те трябва да бъдат инертни. Разтворителите могат да се използват и за извличане на разтворими съединения от дадена смес, като най-често срещаният пример е приготвянето на кафе или чай с гореща вода. Разтворителите обикновено са прозрачни и безцветни течности и много от тях имат характерна миризма. Концентрацията на разтвора е количеството съединение, което е разтворено в определен обем разтворител. Разтворимостта е максималното количество съединение, което се разтваря в определен обем разтворител при определена температура.

Видове разтворители

Разтворителите могат да се класифицират по различни признаци:

Според произхода: органични и неорганични.
Според полярността: полярни (например вода, метанол) и неполярни (например хексан, бензен).
Според способността за отдаване/приемане на протон: протични (protic, като вода, етанол) и апротични (aprotic, като дихлорметан, ацетон).
По физично агрегатно състояние: течни (най-често), твърди (например някои солидни матрици) или газообразни (например разреждане с въздух или азот в специфични приложения).

Физични и химични свойства

Ключови свойства, които определят поведението и приложението на разтворителите, включват:

Полярност и диполен момент: влияят върху разтварянето на йонни и неполярни вещества.
Диеелектрична константа: важна при разтварянето на йонни съединения и при реакционни среди в синтеза.
Температура на кипене и точка на замръзване: определят работните температури и възможността за лесно отстраняване чрез дестилация.
Летливост и налягане на парите: влияят на бързината на изпарение и риска от емисии в атмосферата.
Вискозитет и повърхностно напрежение: важни при процеси като боядисване, покрития и екстракции.
Химическа инертност: желателно е разтворителят да не взаимодейства с реагиращите вещества.
Токсичност и екотоксикологични свойства: влияят на безопасността при употреба и на възможностите за третиране на отпадъци.

Обичайни приложения

Обичайните приложения на органичните разтворители са в химическото чистене (напр. тетрахлоретилен), като разредители за боя (напр. толуол, терпентин), като лакочистители и разтворители на лепила (ацетон, метилацетат, етилов ацетат), в препарати за отстраняване на петна (напр. хексан, бензинов етер), в перилни препарати (цитрусови терпени), в парфюми (етанол) и в химически синтези. Неорганичните разтворители се използват в изследователската химия и в няколко технологични процеса.

Други важни приложения и технологии включват:

Разделяне чрез екстракция (разделяне на компонентите на смес въз основа на различна разтворимост).
Хроматография (разтворителните системи определят разделянето на вещества).
Формулиране на лекарства, козметика и лакове (изборът на разтворител влияе на разтворимостта, стабилността и нанасянето).
Екстракция на натурални продукти (например етерични масла посредством органични разтворители или пара).
Индустриални процеси като контрол на покрития и производството на полимери.

Избор на разтворител

При избора на разтворител се взимат предвид няколко критерия:

Съвместимост с разтвореното вещество (полярност и химична съвместимост).
Термични изисквания (температура на процеса и точка на кипене на разтворителя).
Сигурност и здраве—ниво на токсичност, леснота на изпарение и налични мерки за защита.
Екологични аспекти—биоразградимост, потенциал за биоакумулация и емисии в околната среда.
Икономичност и възможност за рециклиране (например чрез дестилация).

Безопасност и опазване на околната среда

Много органични разтворители са запалими и/или токсични. Продължителна или интензивна експозиция може да предизвика дразнене на дихателните пътища, замайване, увреждане на черния дроб или нервната система. Затова при работа се използват предпазни средства: вентилация, респиратори, ръкавици и предпазни очила. Отпадните разтворители трябва да се събират и третират съобразно законодателството — често чрез регенерация (дестилация) или пречистване, а при невъзможност за това — обезвредяване от специализирани фирми.

Алтернативи и зелени разтворители

Поради здравни и екологични съображения се развиват и прилагат „зелени“ алтернативи:

Вода — универсален, евтин и нетоксичен разтворител, когато е приложим.
Суперкритичен CO2 — използва се за екстракции (например кафе, ароматни масла) без остатъци на органични разтворители.
Ионни течности и дълговерижни сомерни разтворители — показват ниска летливост и възможности за рециклиране, но имат свои екотоксични и икономически предизвикателства.
Биобазирани разтворители (напр. естери от растителни масла, биоетанол) — редуцират зависимостта от фосилните суровини и често са по-бързо биоразградими.

Практични съвети

Избирайте най-малко опасния разтворител, който изпълнява техническите изисквания.
Работете в добре вентилирани помещения или под островна изтегляща вентилация.
Съхранявайте разтворителите в плътно затворени, етикетирани съдове, защитени от топлина и източници на запалване.
Планирайте управление на отпадъците — възможност за преработка и безопасно изхвърляне.

В обобщение, разтворителите са незаменим инструмент в лаборатории, индустрия и битови приложения. Разбирането на техните физико-химични свойства, правилният избор и спазването на мерките за безопасност са ключови за ефективна и отговорна употреба.

Здраве и безопасност

Някои разтворители, включително хлороформ и бензен (съставка на бензина), са канцерогенни. Много други могат да увредят вътрешни органи като черния дроб, бъбреците или мозъка. Много от тях също така могат лесно да се запалят. Начините за безопасна работа включват:

Избягване на образуването на пари от разтворители чрез работа в аспиратор, локална смукателна вентилация (LEV) или добре вентилирано място.
Поддържане на контейнерите за съхранение плътно затворени
Никога не използвайте открит пламък в близост до запалими разтворители, вместо това използвайте електрическо отопление
Никога не пускайте запалими разтворители в канализацията, за да избегнете експлозии и пожари.
Избягване на вдишването на изпарения от разтворители
Избягване на контакт на разтворителя с кожата - много разтворители се абсорбират лесно през кожата. Освен това те са склонни да изсушават кожата и могат да причинят рани и язви.

Таблица на свойствата на обичайните разтворители

Разтворителите са групирани в неполярни, полярни апротични и полярни протични разтворители и са подредени по нарастваща полярност. Полярността се определя като диелектрична константа. Плътността на неполярните разтворители, които са по-тежки от водата, е удебелена.

Разтворител	Химична формула	Температура на кипене	Диелектрична константа	Плътност
Неполярни разтворители
Хексан	_{CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3}	69 °C	2.0	0,655 g/ml
Бензен	_C6H6	80 °C	2.3	0,879 g/ml
Толуол	_C6H5-CH3	111 °C	2.4	0,867 g/ml
Диетил етер	CH3CH2-O-CH2-CH3	35 °C	4.3	0,713 g/ml
Хлороформ	CHCl3	61 °C	4.8	1,498 g/ml
Етилацетат	CH3-C(=O)-O-CH2-CH3	77 °C	6.0	0,894 g/ml
Дихлорметан	CH2Cl2	40 °C	9.1	1,326 g/ml
Полярни апротични разтворители
1,4-диоксан	/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-\	101 °C	2.3	1,033 g/ml
Тетрахидрофуран (THF)	/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-\	66 °C	7.5	0,886 g/ml
Ацетон	CH3-C(=O)-CH3	56 °C	21	0,786 g/ml
Ацетонитрил (MeCN)	CH3-C≡N	82 °C	37	0,786 g/ml
Диметилформамид (DMF)	H-C(=O)N(CH3)₂	153 °C	38	0,944 g/ml
Диметилсулфоксид (DMSO)	CH3-S(=O)-CH3	189 °C	47	1,092 g/ml
Полярни протични разтворители
Оцетна киселина	CH3-C(=O)OH	118 °C	6.2	1,049 g/ml
n-бутанол	CH3-CH2-CH2-CH2-OH	118 °C	18	0,810 g/ml
Изопропанол	CH3-CH(-OH)-CH3	82 °C	18	0,785 g/ml
n-пропанол	CH3-CH2-CH2-OH	97 °C	20	0,803 g/ml
Етанол	CH3-CH2-OH	79 °C	24	0,789 g/ml
Метанол	CH3-OH	65 °C	33	0,791 g/ml
Мравчена киселина	H-C(=O)OH	100 °C	58	1,21 g/ml
Вода	H-O-H	100 °C	80	1,000 g/ml

Въпроси и отговори

В: Какво е солвент?

О: Разтворителят е вещество, което се превръща в разтвор чрез разтваряне на твърдо, течно или газообразно разтворено вещество.

В: Кои са най-често срещаните разтворители в ежедневието?

О: Най-често срещаният разтворител в ежедневието е водата. Повечето други често използвани разтворители са органични (съдържащи въглерод) химикали.

В: Как могат да се отстранят разтворителите от разтворите?

О: Разтворителите обикновено имат ниска температура на кипене и лесно се изпаряват или могат да бъдат отстранени чрез дестилация, като по този начин разтвореното вещество остава.

В: Какви са някои от обичайните приложения на органичните разтворители?

О: Органичните разтворители се използват често в химическото чистене (напр. тетрахлоретилен), като разредители за бои (напр. толуол, терпентин), като лакочистители и разтворители на лепила (ацетон, метилацетат, етилов ацетат), в препарати за отстраняване на петна (напр. хексан, бензинов етер), в перилни препарати (цитрусови терпени), в парфюми (етанол) и в химически синтези.

Въпрос: Каква е концентрацията на един разтвор?

О: Концентрацията на разтвора е количеството съединение, което е разтворено в определен обем разтворител.

В: Какво означава, когато казваме, че нещо има висока разтворимост?

О: Разтворимостта е максималното количество съединение, което се разтваря в определен обем разтворител при определена температура; следователно нещо с висока разтворимост означава, че може да разтвори повече съединение, отколкото нещо с ниска разтворимост при същата температура и обем разтворител .