Διαλύτης

Ο διαλύτης είναι ουσία που διαλύει άλλη ουσία (ονομαζόμενη διαλυόμενη) (χημικά διαφορετικό υγρό, στερεό ή αέριο), με αποτέλεσμα να παράγεται διάλυμα. Ο διαλύτης είναι συνήθως υγρό, αλλά μπορεί να είναι επίσης στερεό ή αέριο. Η μέγιστη ποσότητα διαλυμένης ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε συγκεκριμένο όγκο του διαλύτη ποικίλει με τη θερμοκρασία. Βασικός ανόργανος διαλύτης είναι το νερό. Συνηθισμένες χρήσεις για οργανικούς διαλύτες είναι στον ξηρό καθαρισμό (π.χ., τετραχλωροαιθένιο), ως αραιωτικά χρωμάτων (π.χ., τολουόλιο, νέφτι), ως αφαιρετικά βερνικιών νυχιών και διαλύτες κόλλας (προπανόνη, αιθανικός μεθυλεστέρας, αιθανικός αιθυλεστέρας), σε αφαίρεση λεκέδων (π.χ., εξάνιο, πετρελαϊκός αιθέρας), σε απορρυπαντικά (κιτρικά τερπένια) και σε αρώματα (αιθανόλης). Οι διαλύτες βρίσκουν ποικίλες εφαρμογές σε βιομηχανίες χημικών, φαρμακευτικών, ελαίων και αερίων, συμπεριλαμβανόμενων των διεργασιών χημικών συνθέσεων και καθαρισμού.
Η παγκόσμια αγορά διαλυτών αναμένεται να να αποφέρει έσοδα περίπου US$33 δισεκατομμυρίων το 2019. Η δυναμική οικονομική ανάπτυξη σε αναδυόμενες αγορές όπως Κίνα, Ινδία, Βραζιλία, ή Ρωσία θα συνεχίσει να αυξάνει την απαίτηση για διαλύτες. Οι ειδικοί αναμένουν ότι η παγκόσμια κατανάλωση διαλυτών θα αυξάνεται με ετήσιο ρυθμό  2,5% για τα επόμενα χρόνια. Συνεπώς, ο αριθμός ανάπτυξης που προβλεπόταν κατά τα τελευταία οκτώ χρόνια θα ξεπεραστεί.

Διαλύματα και επιδιαλύτωση

Όταν μια ουσία διαλύεται σε μια άλλη, σχηματίζεται ένα διάλυμα. Αυτό είναι αντίθετο από την περίπτωση που οι ενώσεις είναι αδιάλυτες όπως άμμος και νερό. Σε ένα διάλυμα, όλα τα συστατικά κατανέμονται ομοιόμορφα σε μοριακό επίπεδο και δεν παραμένει καθόλου ίζημα. Το μείγμα αποτελείται από μια μοναδική φάση με όλα τα μόρια διαλυμένης ουσίας να εμφανίζονται ως επιδιαλυτωμένα (διαλύτης-διαλυμένη ουσία σύμπλοκα), αντίθετα με τις διακριτές συνεχείς φάσεις όπως στα αιωρήματα, γαλακτώματα ή άλλους τύπους μειγμάτων. Η ανάμειξη αναφέρεται ως αναμιξιμότητα, ενώ η ικανότητα διάλυσης μιας ένωσης σε μια άλλη είναι γνωστή ως διαλυτότητα. 
Όμως, πέρα από την ανάμειξη, και οι δυο ουσίες στο διάλυμα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε μοριακό επίπεδο. Όταν κάτι διαλύεται, τα μόρια του διαλύτη διευθετούν ολόγυρα τα μόρια της διαλυμένης ουσίας. Συμβαίνει μεταφορά θερμότητας και η εντροπία αυξάνεται κάνοντας το διάλυμα πιο σταθερό θερμοδυναμικά από τη διαλυμένη ουσία μόνο. Αυτή η διευθέτηση επιτελείται από τις αντίστοιχες χημικές ιδιότητες του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας, όπως δεσμοί υδρογόνου, διπολική ροπή and πολωσιμότητα.

Κατάταξη διαλυτών

Οι διαλύτες μπορούν να ταξινομηθούν σε δυο κατηγορίες τους πολικούς και τους μη πολικούς. Γενικά, η διηλεκτρική σταθερά του διαλύτη παρέχει ένα χοντρικό μέτρο της πολικότητας του διαλύτη. Η ισχυρή πολικότητα του νερού εμφανίζεται, στους 0 °C, με μια διηλεκτρική σταθερά 88. Οι διαλύτες με διηλεκτρική σταθερά μικρότερη από 15 θεωρούνται γενικά ως μη πολικοί. Τεχνικά, η διηλεκτρική σταθερά μετρά την ικανότητα του διαλύτη να μειώσει την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου που περιβάλλει ένα φορτισμένο σωματίδιο που είναι μέσα του. Αυτή η μείωση συγκρίνεται έπειτα με την ένταση πεδίου του φορτισμένου σωματιδίου στο κενό. Με όρους μη ειδικών, η διηλεκτρική σταθερά ενός διαλύτη μπορεί να θεωρηθεί ως η ικανότητά του να μειώσει την αποτελεσματικότητα της διαλυμένης ουσίας εσωτερικό φορτίο. Γενικά, η διηλεκτρική σταθερά ενός διαλύτη είναι μια αποδεκτή προσέγγιση της ικανότητας τού διαλύτη να διαλύσει κοινές ιοντικές ενώσεις, όπως τα άλατα.

Άλλες κλίμακες πολικότητας

Οι διηλεκτρικές σταθερές δεν είναι το μόνο μέτρο πολικότητας. Επειδή οι διαλύτες χρησιμοποιούνται από χημικούς για να εκτελέσουν χημικές αντιδράσεις ή να παρατηρήσουν χημικά και βιολογικά φαινόμενα, απαιτούνται πιο ειδικές μετρήσεις πολικότητας. Οι περισσότερες από αυτές τις μετρήσεις εξαρτώνται έντονα από το χημικό περιεχόμενο.
Η κλίμακα Grunwald Winstein mY μετρά κατά πόσο επηρεάζεται η πολικότητα του διαλύτη κατά την δημιουργία θετικού φορτίου μιας διαλυμένης ουσίας σε μια χημική αντίδραση.
Η κλίμακα του Kosower Z μετρά κατά πόσο επηρεάζεται η πολικότητα του διαλύτη στα μέγιστα απορρόφησης UV ενός άλατος, συνήθως με ιωδίδιο πυριδινίου ή αμφιτεριόν πυριδινίου.
Ο αριθμός δότη και η κλίμακα δότη δέκτη μετρά την πολικότητα ως προς την αλληλεπίδραση διαλύτη με συγκεκριμένες ουσίες, όπως ένα ισχυρό οξύ Lewis ή μια ισχυρή βάση Lewis.
Η παράμετρος διαλυτότητας Hildebrand είναι η τετραγωνική ρίζα του πυκνότητας ενέργειας συνοχής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί με μη πολικές ενώσεις, αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη χημεία συμπλόκων.
To χρώμα Reichardt, ένα διαλυτοχρωμικό χρώμα που αλλάζει χρώμα ως απάντηση στην αλλαγή πολικότητας, δίνει μια κλίμακα τιμών του ET(30). Το ET είναι η ενέργεια μετάπτωσης μεταξύ της βασικής κατάστασης και της ελάχιστα διεγερμένης κατάστασης σε kcal/mol και το (30) καθορίζει το χρώμα. Μια άλλη χοντρικά συσχετισμένη κλίμακα (ET(33)) μπορεί να οριστεί με το κόκκινο του Νείλου.
Η πολικότητα, η διπολική ροπή, η πολωσιμότητα και οι δεσμοί υδρογόνου ενός διαλύτη καθορίζουν τον τύπο των ενώσεων που μπορεί να διαλύσει και με ποιους άλλους διαλύτες ή υγρές ενώσεις είναι αναμείξιμο. Γενικά, οι πολικοί διαλύτες διαλύουν τις πολικές ενώσεις καλύτερα και οι μη πολικοί διαλύτες διαλύουν τις μη πολικές ενώσεις καλύτερα: "τα όμοια διαλύουν τα όμοια". Ισχυρά πολικές ενώσεις όπως σάκχαρα (π.χ., σακχαρόζη) ή ιοντικές ενώσεις, όπως τα άλατα της ανόργανης χημείας (π.χ., το αλάτι διαλύονται μόνο σε πολύ πολικούς διαλύτες όπως το νερό, ενώ ισχυρά μη πολικές ενώσεις όπως έλαια ή κεριά διαλύονται μόνο σε πολύ μη πολικούς διαλύτες όπως το εξάνιο. Παρόμοια, το νερό και το εξάνιο (ή το ξίδι και τα εδώδιμα έλαια) δεν αναμειγνύονται μεταξύ τους και γρήγορα διαχωρίζονται σε δύο στοιβάδες ακόμα κι αν ανακατευτούν καλά.
Η πολικότητα μπορεί να διακριθεί σε διαφορετικές συνεισφορές. Για παράδειγμα, οι παράμετροι Kamlet-Taft είναι are διπολικότητα/πολωσιμότητα (π*), οξύτητα δεσμού υδρογόνου (α) και βασικότητα δεσμού υδρογόνου (β). Αυτές μπορούν να υπολογιστούν από τις μετατοπίσεις του μήκους κύματος των 3–6 διαφορετικών διαλυτοχρωμικών χρωμάτων στον διαλύτη, συνήθως χρώμα Reichardt, νιτροανιλίνη και διαιθυλονιτροανιλίνη. Μια άλλη επιλογή, οι παράμετροι Hansen, διαχωρίζουν την πυκνότητα της ενέργειας συνοχής σε διασπορά, συνεισφορές πολικών δεσμών και δεσμών υδρογόνου.

Πολικοί πρωτικοί και πολικοί απρωτικοί διαλύτες

Διαλύτες με σχετική στατική επιτρεπτότητα μεγαλύτερη από 15 μπορούν παραπέρα να διαιρεθούν σε πρωτικούς και απρωτικούς. Οι πρωτικοί διαλύτες διαλύουν ισχυρά ανιόντα (αρνητικά φορτισμένες διαλυμένες ουσίες) μέσα από δεσμούς υδρογόνου. Το νερό είναι ένας πρωτικός διαλύτης. Απρωτικοί διαλύτες όπως η προπανόνη ή το διχλωρομεθάνιο τείνουν να έχουν μεγάλες διπολικές ροπές (διαχωρισμό των μερικών θετικών και αρνητικών φορτίων μέσα στο ίδιο μόριο) και διαλύουν θετικά φορτισμένα είδη μέσα από τα αρνητικά τους δίπολα. Στις χημικές αντιδράσεις η χρήση πολικών πρωτικών διαλυτών ευνοεί τον μηχανισμό αντίδρασης SN1, ενώ οι πολικοί απρωτικοί διαλύτες ευνοούν τον μηχανισμό αντίδρασης SN2.

Φωτιά

Οι περισσότεροι οργανικοί διαλύτες είναι εύφλεκτοι ή πολύ εύφλεκτοι, ανάλογα με την πτητικότητά τους. Εξαιρέσεις αποτελούν κάποιοι χλωριωμένοι διαλύτες όπως το διχλωρομεθάνιο και το χλωροφόρμιο. Μείγματα ατμών διαλυτών και αέρα μπορεί να εκραγούν. Οι ατμοί διαλυτών είναι πυκνότεροι από τον αέρα· θα βυθιστούν προς τα κάτω και μπορούν να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις πρακτικά αδιάλυτοι. Οι ατμοί διαλυτών μπορούν επίσης να βρεθούν σε υποτιθέμενα κενά βαρέλια και δοχεία, θέτοντας έναν κίνδυνο ταχυκαύσης· συνεπώς οι κενοί περιέκτες πτητικών διαλυτών πρέπει να αποθηκεύονται ανοικτοί και ανεστραμμένοι.
Ο διαιθυλαιθέρας και ο διθειούχος άνθρακας έχουν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες αυτανάφλεξης που αυξάνει πολύ τον κίνδυνο φωτιάς που σχετίζεται με αυτούς τους διαλύτες. Η θερμοκρασία αυτανάφλεξης του διθειούχου άνθρακα είναι κάτω από 100 °C (212 °F), έτσι αντικείμενα όπως σωλήνες ατμού, λαμπτήρες πυράκτωσης, εστίες και πρόσφατα σβησμένοι λύχνοι bunsen μπορούν να αναφλέξουν τους ατμούς τους.

Σχηματισμός εκρηκτικού υπεροξειδίου

Οι αιθέρες όπως ο διαιθυλαιθέρας και το τετραϋδροφουράνιο (THF) μπορούν να σχηματίσουν πολύ εκρηκτικά οργανικά υπεροξείδια με την έκθεση στο οξυγόνο και το φως, το THF σχηματίζει κανονικά πιο εύκολα τέτοια υπεροξείδια από τον διαιθυλαιθέρα. Ένας από τους πιο ευπαθείς διαλύτες είναι ο διισοπροπυλαιθέρας.
Το ετεροάτομο (οξυγόνο) σταθεροποιεί το σχηματισμό μιας ελεύθερης ρίζας που σχηματίζεται από την αφαίρεση ενός ατόμου υδρογόνου από μια άλλη ελεύθερη ρίζα. Η ελεύθερη ρίζα του κεντρικού άνθρακα που σχηματίστηκε έτσι, μπορεί να αντιδράσει με ένα μόριο οξυγόνου για να σχηματίσει μια ένωση υπεροξειδίου. Ένα εύρος δοκιμών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει την παρουσία ενός υπεροξειδίου σε έναν αιθέρα· ένας τρόπος είναι η χρήση ενός συνδυασμού θειικού σιδήρου και θειοκυανικό κάλιο. Το υπεροξείδιο μπορεί να οξειδώσει το ιόν Fe²⁺ σε ιόν Fe³⁺ που έπειτα να σχηματίσει ένα βαθύ κόκκινο σύμπλοκο συναρμογής με το θειοκυανικό. Σε ακραίες περιπτώσεις τα υπεροξείδια μπορούν να σχηματίσουν κρυσταλλικά στερεά  στο δοχείο του αιθέρα.
Εκτός και το χρησιμοποιούμενο ξηραντικό μπορεί να καταστρέψει τα υπεροξείδια, θα συμπυκνωθούν κατά την απόσταξη λόγω του υψηλότερου σημείου βρασμού τους. Όταν σχηματιστούν επαρκή υπεροξείδια, μπορούν να σχηματίσουν ένα κρυσταλλικό και ευαίσθητο στην κρούση στερεό ίζημα. Όταν αυτό το στερεό σχηματιστεί στο στόμιο της φιάλης, η περιστροφή του πώματος μπορεί να δώσει αρκετή ενέργεια για την έκρηξη του υπεροξειδίου. Ο σχηματισμός του υπεροξειδίου δεν είναι σημαντικό πρόβλημα όταν οι διαλύτες χρησιμοποιούνται για λίγο· είναι μεγαλύτερο πρόβλημα για εργαστήρια για τα εργαστήρια. Οι αιθέρες πρέπει να αποθηκεύονται σε σκοτεινά και κλειστά δοχεία παρουσία σταθεροποιητών όπως το βουτυλιωμένο υδροξυτολουόλιο (BHT) ή το υδροξείδιο του νατρίου.
Τα υπεροξείδια μπορούν να αφαιρεθούν ξεπλένοντας με όξινο θειικό σίδηρο(II) και διήθηση με οξείδιο του αργιλίου, ή απόσταξη με νάτριο/βενζοφαινόνη. Το οξείδιο του αργιλίου δεν καταστρέφει τα υπεροξείδια· απλά, τα παγιδεύει. Το πλεονέκτημα της χρήσης νατρίου/βενζοφαινόνης είναι ότι αφαιρείται η υγρασία και το οξυγόνο.

Επιπτώσεις στην υγεία

Οι γενικοί κίνδυνοι υγείας σχετίζονται με την έκθεση στον διαλύτη που περιλαμβάνει την τοξικότητα στο νευρικό σύστημα, την αναπαραγωγική βλάβη, τη βλάβη σε ήπαρ και νεφρά, αναπνευστικά προβλήματα, καρκίνο και δερματίτιδα.
Πολλοί διαλύτες μπορούν να οδηγήσουν σε ξαφνική απώλεια των αισθήσεων αν εισπνευστούν σε μεγάλες ποσότητες. Διαλύτες όπως ο διαιθυλαιθέρας και το χλωροφόρμιο έχουν χρησιμοποιηθεί στην ιατρική ως αναισθητικά, ηρεμιστικά και υπνωτικά για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η αιθανόλη (οινόπνευμα από δημητριακά) έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως και έχει γίνει κατάχρηση ως ψυχότροπο φάρμακο. Ο διαιθυλαιθέρας, το χλωροφόρμιο και πολλοί άλλοι διαλύτες (π.χ., βενζίνη ή κόλλες) χρησιμοποιούνται ψυχαγωγικά, συχνά με επιβλαβή μακροπρόθεσμα αποτελέσματα στην υγεία όπως στην νευροτοξικότητα ή τον καρκίνο. Ο κοινός διαθέσιμος διαλύτης μεθανόλη μπορεί να προκαλέσει μόνιμη τύφλωση και θάνατο αν καταποθεί και είναι επίσης επικίνδυνος, επειδή καίγεται με αόρατη φλόγα.
Μερικοί διαλύτες συμπεριλαμβανομένων του χλωροφορμίου και του βενζολίου (ενός συστατικού της βενζίνης) είναι καρκινογόνοι. Πολλοί άλλοι μπορούν να βλάψουν εσωτερικά όργανα όπως το ήπαρ, τα νεφρά, ή τον εγκέφαλο.
Ο διαλύτης 2-βουτοξυαιθανόλη, που χρησιμοποιείται στα υγρά υδραυλικής διάρρηξης, μπορεί να προκαλέσει υπόταση και μεταβολική οξέωση
Η χρόνια έκθεση σε οργανικούς διαλύτες στο περιβάλλον εργασίας μπορεί να προκαλέσει πολλά δυσμενή νευροψυχιατρικά φαινόμενα. Παραδείγματος χάριν, η επαγγελματική έκθεση σε οργανικούς διαλύτες σχετίζεται με υψηλότερους αριθμούς ελαιοχρωματιστών που υποφέρουν από αλκοολισμό. Η αιθανόλη έχει ένα συνεργιακό αποτέλεσμα όταν συνδυάζεται με πολλούς διαλύτες· παραδείγματος χάριν, ένας συνδυασμός τολουολίου/βενζολίου και αιθανόλης προκαλεί μεγαλύτερη ναυτία/εμετό από κάθε ουσία ξεχωριστά.
Πολλοί διαλύτες είναι γνωστοί ή ύποπτοι για γένεση καταρράκτη, αυξάνοντας σημαντικά τον κίνδυνο ανάπτυξης καταρράκτη των φακών του οφθαλμού. Η έκθεση σε κάποιους διαλύτες έχει συσχετιστεί επίσης με νευροτοξική βλάβη στην έγχρωμη όραση.

Περιβαλλοντική ρύπανση

Μια σημαντική οδός εισόδου επιπτώσεων στην υγεία εμφανίζεται από σταγόνες ή διαρροές διαλυτών που φτάνουν το underlying έδαφος. Επειδή οι διαλύτες μεταναστεύουν εύκολα σε σημαντικές αποστάσεις, η δημιουργία εκτεταμένηςρύπανσης του εδάφους δεν είναι ασυνήθιστη· μπορεί να υπάρχουν περίπου 5000 τοποθεσίες παγκοσμίως που έχουν μεγάλες υποεπιφανειακές ρυπάνσεις από διαλύτες· αυτός είναι ένας ιδιαίτερος κίνδυνος υγείας αν επηρεαστούν τα υδροφόρα στρώματα.