Lahutusmeetodid

Lahutusmeetodid keemias hõlmavad mitmesuguseid protseduure ja protsesse, mida kasutatakse ainete segu komponentide üksteisest eraldamiseks. Ainete lahutamine põhineb komponentide füüsikaliste või keemiliste omaduste erinevustel. Vastavalt valitakse lahutamisprotseduur. Ainete lahutamine on massi ülekande protsess. Praktikas tuleb tihti eraldada individuaalne puhas komponent looduslikust või sünteetilisest produktist, kui see kujutab endast ainete segu või sisaldab lisandeid. Lahutamisprotsessi mahukus võib olla mikrogrammidest tonnideni olenevalt eesmärgist: keemiline analüüs, laboratoorne preparaat või tööstuslik tootmine. Näiteks toornafta töödeldakse saamaks eriotstarbelisi fraktsioone: gaasilised süsivesinikud, bensiin, diislikütus, määrdeõlid, asfalt. Mehaanilised lahutusmeetodid on tavaliselt eelistatavamad, kuna need on kiiremad ja odavamad, kuid mitte alati rakendatavad. Paljudel juhtudel tuleb soovitud tulemuse saavutamiseks kasutada erinevate meetodite kombinatsioone. Ainete keemiline muundamine selektiivses keemilises reaktsioonis või derivatiseerimisreaktsiooni kaudu osutub efektiivseks juhul, kui moodustuvad esmastest erinevate omadustega ühendid, nii et neid on võimalik lahutada mingi mehaanilise või füüsikalis-keemilise meetodiga. Näiteks reaktsioon ühe komponendi sademesse viimiseks, seejärel eraldamine filtrimisega ja kuivatamine. Lahutusmeetodid on ühtlasi ka ainete puhastamise meetodid. Puhastamiseks on tihti vajalik teatud protseduure korrata mitmekordselt. Suure efektiivsusega lahutusmeetodid on näiteks mitmed kromatograafilised ja fraktsioneeriva destillatsiooni meetodid, kus loendamatu arv kordi korduvad esimesel juhul ainete sorptsioon ja desorptsioon ning, teisel juhul, aurustumine ja kondensatsioon. Mitmekordne tahke materjali ekstraktsioon lahustiga toimub Soxhleti ekstraktoris. Nõrutamine ehk dekanteerimine – vedeliku äravalamine nõu põhja settinud sademelt Filtreerimine – tahke faasi eraldamine vedelfaasist filterkihil membraanfiltreid kasutatakse kõrgmolekulaarsete ainete ja kolloidide eraldamiseks molekulaarsõel absorbeerib gaase või vedelikke sõltuvalt molekuli suurusest Flotatsioon – vedelikust heljuvate või emulgeerunud aineosakeste eraldamine neid pinnale ujutades ja koorides pinnalt; kasutatakse maavarade rikastamisel, reovee puhastamisel Tsentrifuugimine – eraldab tahke aine vedelikust või lahutab kaks mittesegunevat vedelikku vastavalt tiheduste erinevusele Setitamine (sedimentatsioon) – (peeneteralise) materjali fraktsioneeriv setitamine raskusjõu toimel Sorptsioon – gaasi, vedeliku või mõne nende komponendi neeldumine vedelikus või tahkes aines või kogunemine tahke aine pinnale absorptsioon, adsorptsioon, kemosorptsioon Aurustamine – solvendi ära aurustamine keemistemperatuurist madalamal temperatuuril Destillatsioon – vedelike lahutamine keetmise ja auru kondenseerimise teel vastavalt ainete keemistemperatuurile liht-, vaakum-, veeauru-, aseotroopse- jm destillatsiooni meetodid Elektroforees – laetud osakeste (ka kolloidosakeste) erineva kiirusega liikumine vedelikus või geelis elektrivälja mõjul katoodile või anoodile kapillaarelektroforees – töölahus (elektrolüüt, puhverlahus) on kapillaaris, millele rakendatakse kõrgepinge, kasutatakse analüütikas geelelektroforees – meetod biomolekulide (DNA, RNA, valgud) eraldamiseks pikkuse, laengu või konformatsiooni järgi polümeerses geelis Ekstraheerimine – tahkete või vedelate ainete segust ühe või mitme komponendi eraldamine selektiivse lahustuvuse alusel (näiteks Soxhleti ekstraktoris); tööstuses kasutatakse leostamist vee või vesilahusega pesemine – enamasti sünteesiproduktide pesemine veega või muu lahustiga või happelise või aluselise lahusega; sisuliselt on see ekstraktsiooniprotsess ülekriitilise fluidumiga ekstraktsioon (SFE), näiteks ülekriitilises olekus süsinikdioksiidiga (ülekriitiliste lahustitega saadud ekstraktid erinevad klassikaliste ekstraktsioonimeetoditega saaduist) ultraheli-toetatud ekstraktsioon Fraktsioneeriv destillatsioon või rektifikatsioon – efektiivne vedelike lahutamine fraktsioneerimis- või rektifikatsioonikolonniga, milles toimub paljukordne aurustumine ja kondensatsioon Fraktsioneeriv jahutamine ehk fraktsioneeriv külmutamine – gaasisegude lahutamiseks Kristallisatsioon (ümberkristallimine) – produkt viiakse tahkeks jahutamisel või lisatakse aine, mis vähendab produkti lahustuvust Kromatograafia – segu komponentide lahutamine paljukordse sorptsiooni ja desorptsiooni tingimustes kolonn-, planaar-, gaasi-, vedeliku-, ioonivahetus-, afiinsus-, geel- jt kromatograafilised lahutusmeetodid on laialdaselt kasutatavad valdavalt analüütikas Sublimatsioon – kergeltlenduva tahke aine muutumine gaasiliseks ilma vahepealse vedela olekuta Väljasoolamine – soola lisamine lahusele, et täielikumalt eraldada hüdrofoobsete orgaaniliste ühendite kiht Kuivatamine – vedelike kuivatamisel kasutatakse mitmesuguseid vettsiduvaid reagente ja aineid: Na, P2O5, CaCl2, K2CO3, Al2O3, silikageel jm. Selektiivne reaktsioon – reagent annab produkti valikuliselt teatud komponendiga (komponentidega) Derivatiseerimine – ühendite funktsionaalrühm asendatakse teise sobivaid omadusi andva rühmaga Ioonreaktsioone kasutatakse lahustunud komponentide sadestamiseks mittelahustuvate sooladena. Ioonivahetus vaikusid (ioniit)e kasutatakse puhta vee saamiseks Sadestamine – kui keemilises reaktsioonis reagendiga tekib lahustumatu või vähelahustuv aine Elektrolüüs – ühendite lagundamine elektrivoolu toimel; näiteks vee elektrolüüs hapnikuks ja vesinikuks Tuhastamine ehk põletamine ehk mineraliseerimine on analüütilises keemias anorgaaniliste komponentide (jäägi) eraldamine proovist kõrgel temperatuuril Loodusliku tooraine keemiline muundamine (tihti kuumutamine) eesmärgiga saada vajalikud (lagu)produktid; näiteks raua sulatamine maagist, lubjakivi põletamine, põlevkivi utmine jm. Asümmeetrilist süsiniku aatomit sisaldavate ühendite korral on enantiomeeride ehk käeliste isomeeride eraldamine ratseemilisest segust väga tülikas ja kallis spetsiifiliste protsesside jada. Ainete puhastamine Kuivatamine Aine omadused