เราเคยสงสัยกันบ้างไหมว่าเพราะเหตุใดน้ำกับน้ำมันถึงแยกชั้นกันทุกครั้งที่มีการผสมน้ำกับน้ำมันเข้าด้วยกันจะแยกชั้นกันทันที
น้ำมันอยู่ชั้นบนและน้ำอยู่ชั้นล่าง เพราะความหนาแน่นที่แตกต่างกันของน้ำกับน้ำมัน ซึ่งน้ำมันมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ จึงทำให้ลอยอยู่เหนือผิวน้ำ นอกจากนี้ยังมีอีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้น้ำและน้ำมันแยกชั้นและไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากการจัดเรียงอะตอมในโมเลกุลของน้ำกับน้ำมันที่แตกต่างกัน โดยปกติแล้วตัวทำละลายที่มีขั้วไฟฟ้าจะละลายเข้ากับตัวทำละลายที่มีขั้วไฟฟ้าด้วยกัน และตัวละลายที่ไม่มีขั้วไฟฟ้าก็จะทำละลายกับตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วไฟฟ้าด้วยกัน แต่น้ำเป็นตัวทำละลายที่มีขั้วไฟฟ้า
เมื่อผสมเข้ากับน้ำมันที่เป็นตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วไฟฟ้า จึงทำให้ของเหลวทั้งสองไม่สามารถผสมเข้ากันได้นั่นเอง
������ͼ�� ���¶֧ ��÷�����ѡɳ�������������������ѹ���������ǡѹ�Դ�ҡ
������ҧ���� 2 ��Դ�����Ҽ���ѹ��������è��¡�ѹ����ǹ �
����¡������ͼ���Ҩ���Ըա�õ�ҧ � �� ��á�ͧ ���������¡ ������ӹҨ������� �������Դ �������¨���� ����繡���¡������Ըշҧ����Ҿ������ ��÷���¡��������ѵ��������
1. ��á�ͧ ���Ըա���¡����͡�ҡ�ѹ�����ҧ�ͧ�秡Ѻ�ͧ���� �������¡����ǹ����͡�ҡ��� �����ѹ�ҡ㹷ҧ��� �������ͧ��Ժѵԡ�÷���ͧ���㹻���ҳ���� � ��á�ͧ��鹨е�ͧ���ü�ҹ��д�ɡ�ͧ
��Ҥ�ͧ�秷���ʹ��ҹ�١�д�ɡ�ͧ���������躹��д�ɡ�ͧ ��ǹ��������÷������¹����м�ҹ��д�ɡ�ͧŧ����Ҫ��
2. ���������¡ ���Ըշ�����¡������ͼ������繢ͧ���� 2 ��Դ������������͡�ҡ�ѹ �¢ͧ���Ƿ���ͧ����¡�繪�������Ѵਹ �� ��ӡѺ����ѹ �繵� ����¡���Ըչ��йӢͧ�������㹡����¡ ����䢢ͧ���Ƿ������㹪����ҧ����դ���˹����ҡ���Ҫ��
���͡����Ҫ�Ш���� ���Ǩ֧���� � 䢢ͧ���Ƿ�������������Ҫ������
3. ������ӹҨ������� ���Ըշ�����¡ͧ���Сͺ�ͧ������ͼ�����ͧ���Сͺ˹�������ѵ�㹡�ö١������硴ٴ�� �� �ͧ��������ҧ�����硡Ѻ�����жѹ
����������硶���Һ��蹡�д�ɷ���ҧ�Ѻ�ͧ�������ͧ ������硨дٴ�������¡�͡��
4. �������Դ ��� ��ҡ���ó����������¹ʶҹШҡ�ͧ�秡����繡�ҫ���������������¹ʶҹ��繢ͧ���ǡ� ���¡������ͼ������繢ͧ���͡�ҡ�ѹ �¢ͧ�秪�Դ˹�������ѵ�����Դ�� �� �١���� ����ʹ �������� ��ú�áѺ����ᡧ ���������������ú�èС��������¡�͡�ҡ����ᡧ �ѡ�ͧ͢��ú�ô����Ҫ�з����繨����ú���繢ͧ���¡�͡��
5. ����������Ժ�͡���������͡ ���¡�ͧ������ͼ�� ���ͧ����բ�Ҵͷ��
����Ժ�͡���������͡�� �� ������÷�������索������͡������
6. ��õ��С
���¡�ͧ�����ͼ������繢ͧ���ǹ�������㹢ͧ���� �����¹Ӣͧ�������ҧ�������������ǹ��¤��� � ���С��� 㹡óշ��С���ҡ��ҵ�ͧ�����鵡�С���Ǣ���Ҩ������ ����õ�ǡ�ҧ�����Ҥ�ͧ�С����� �����������ҡ��� ���˹ѡ���ҡ��鹨е��С�����Ǣ�� �� ����������� ��Ҥ�ͧ�������з�˹�ҷ���繵�ǡ�ҧ������š�Ţͧ��÷���ͧ��õ��С����� �С�е����Ǣ��
สารต่างๆ ในธรรมชาติจะสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ต้องผ่านกระบวนการทำให้สารบริสุทธิ์ เพื่อแยกองค์ประกอบที่ปะปนกันให้แยกส่วนจากกัน เพื่อนำส่วนที่แยกได้ไปใช้ประโยชน์ต่อไป เช่น การแยกทรายออกจากน้ำตาล การสกัดน้ำมันหอมระเหยจากพืชต่างๆ การแยกน้ำกับแอลกอฮอล์ เป็นต้น
ดังนั้น การแยกสาร คือ กระบวนการทำสารผสมให้บริสุทธิ์ โดยอาศัยความแตกต่างของสมบัติทั้งทางกายภาพและเคมีมาใช้เป็นเกณฑ์ในการแยกสารผสม รวมทั้งต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพและความประหยัด ซึ่งโดยทั่วไปการแยกสารมักใช้วิธีการดังต่อไปนี้ เช่น การกรอง การกลั่น การระเหย การตกตะกอน การตกผลึก การสกัดด้วยตัวทำละลาย เป็นต้น
การกรอง
การกรอง คือ การแยกสารผสมที่มีสถานะเป็นของแข็งออกจากของเหลว โดยใช้กระดาษกรองซึ่งมีรูพรุนขนาดเล็ก ทำให้อนุภาคของของแข็งนั้นไม่สามารถผ่านกระดาษกรองได้ ส่วนอนุภาคของของเหลวจะผ่านกระดาษกรองได้ ซึ่งในชีวิตประจำวันเราจะคุ้นเคยกับการกรองในรูปของการใช้ผ้าขาวบางในการคั้นน้ำกะทิจากมะพร้าว แผ่นกรองอากาศในเครื่องปรับอากาศ อุปกรณ์กรองน้ำสะอาดในเครื่องกรองน้ำ เป็นต้น
รูปแสดงการกรองด้วยกรวยกรอง
ตัวอย่างสารผสมที่ใช้การกรองในการทำสารให้บริสุทธิ์ เช่น น้ำกับทราย น้ำกับหินปูน น้ำตาลทรายกับกรวดทราย เป็นต้น
การตกตะกอน
การตกตะกอน คือ การแยกสารผสมที่เป็นของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลว โดยมีหลักการที่สำคัญ คือ การนำสารผสมตั้งทิ้งไว้ เนื่องจากอนุภาคของแข็งที่แฝงอยู่นั้นมีน้ำหนัก ดังนั้นจึงตกตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะจากนั้นรินอนุภาคของเหลวด้านบนออกจากอนุภาคของของแข็งจะทำให้ได้สารบริสุทธิ์ทั้งสองส่วน ตัวอย่างของผสมที่ใช้วิธีการแยกสารโดยการตกตะกอน คือ น้ำโคลน ประกอบด้วยส่วนของดินที่แขวนลอยในน้ำ เมื่อตั้งทิ้งไว้นานๆ อนุภาคของดินจะตกตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะ ส่วนน้ำจะใสขึ้นสามารถรินแยกออกจากกันได้เพื่อเป็นการลดเวลาในการตกตะกอนของสารแขวนลอย นักวิทยาศาสตร์จึงได้คิดค้นเครื่องเหวี่ยง (centrifuge) แรงเหวี่ยงดังกล่าวจะทำให้ของแข็งที่แขวนลอยในของเหลวตกตะกอนได้ง่ายและเร็วขึ้น
รูปแสดงเครื่องเหวี่ยงที่ใช้ในการตกตะกอน
การกลั่น
การกลั่น คือ การแยกสารผสมที่เป็นของเหลวหรือของแข็งที่ละลายเป็นเนื้อเดียวกับของเหลว โดยอาศัยความแตกต่างของจุดเดือดและสมบัติการระเหยยากของสาร หลักการที่สำคัญคือ ทำให้ของเหลวกลายเป็นไอโดยการให้พลังงานความร้อน ทำให้สารที่มีจุดเดือดต่ำกว่าจะระเหยเป็นไอก่อน และเมื่อเย็นลงไอจะควบแน่นแล้วกลั่นตัวเป็นของเหลวที่บริสุทธิ์ การกลั่นแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. การกลั่นธรรมดา โดยทั่วไปใช้แยกสารผสมที่เป็นอนุภาคของแข็งละลายในอนุภาคของเหลว ซึ่งเนื่องจากองค์ประกอบของสารผสมมีสถานะต่างกันทำให้จุดเดือดมีความแตกต่าง กันมาก เช่น น้ำเกลือ ประกอบด้วย น้ำที่มีสถานะเป็นของเหลวและเกลือที่มีสถานะเป็นของแข็ง เมื่อให้ความร้อนแก่น้ำเกลือ น้ำจะระเหยกลายเป็นไอก่อนเพราะจุดเดือดต่ำกว่าเกลือ และเมื่อไอน้ำผ่านถึงเครื่องควบแน่นจะทำให้ไอน้ำกลั่นตัวเป็นหยดน้ำที่บริสุทธิ์ ส่วนเกลือจะอยู่ในขวดกลั่นเพราะยังไม่ถึงจุดเดือดของเกลือจึงไม่สามารถกลายเป็นไอได้ ทำให้สารที่กลั่นได้คือ น้ำ สารที่เหลืออยู่ในขวดกลั่นคือ เกลือ ดังรูป
รูปแสดงการกลั่นแบบธรรมดา
ข้อควรทราบ
- การกลั่นธรรมดาเหมาะกับสารผสมที่ต่างสถานะกัน หรือสารที่มีจุดเดือด (boiling point, b.p.) ต่างกันมากกว่า 80 องศาเซลเซียส
- การกลั่นนั้นมีกระบวนการแบบเดียวกับการเกิดฝน
2. การกลั่นลำดับส่วน ใช้แยกสารละลายที่มีสถานะเป็นของเหลว เนื่องจากองค์ประกอบมีสถานะเหมือนกัน ทำให้จุดเดือดต่างกันไม่มาก ดังนั้นจึงไม่สามารถทำสารให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการกลั่นธรรมดาได้ เพราะจะได้สารที่กลั่นออกมาไม่บริสุทธิ์อธิบายได้ดังนี้ สารที่ระเหยก่อนยังเป็นไอไม่สมบูรณ์ สารอีกชนิด ก็ระเหยกลายเป็นไอตามมา เมื่อผ่านไปยังเครื่องควบแน่น จะกลั่นตัวได้สารทั้งสองชนิดออกมาจึงเป็นการแยกสารที่ไม่สมบูรณ์ โดยมีหลักการ คือ สามารถแยกสารละลายที่จุดเดือดต่างกันเล็กน้อย และสารที่มีจุดเดือดต่ำจะกลั่นตัวออกมาก่อน เช่น การแยกน้ำออกจากแอลกอฮอล์ (น้ำมีจุดเดือด 100 องศาเซลเซียส แอลกอฮอล์มีจุดเดือด 78.5 องศาเซลเซียส) เมื่อนำสารละลายมากลั่น แอลกอฮอล์จะระเหยกลายเป็นไอก่อน ขณะเดือดนอกจากเกิดไอของแอลกอฮอล์แล้วยังมีไอน้ำระเหยตามมาด้วย เมื่อไอลอยขึ้นสู่คอลัมน์แก้วที่อุณหภูมิต่ำลงเรื่อยๆ ทำให้ไอน้ำควบแน่นกลับสู่ขวดกลั่น ส่วนไอของแอลกอฮอล์จะผ่านไปได้และไปกลั่นตัวที่เครื่องควบแน่น ซึ่งมีความบริสุทธิ์ของแอลกอฮอล์เกือบสมบูรณ์
รูปแสดงการกลั่นลำดับส่วน
นอกจากนี้ การกลั่นลำดับส่วนยังเป็นการนำสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีคุณค่าในน้ำมันดิบออกมาใช้ประโยชน์ได้ด้วยกระบวนการนี้
รูปแสดงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนของน้ำมันดิบ
การตกผลึก
การตกผลึก คือ การแยกของผสมที่เป็นของแข็งที่มีสมบัติการละลายในตัวทำละลายต่างกันและได้ไม่เท่ากันทุกอุณหภูมิ มีหลักการ คือ เมื่อนำของผสมละลายในตัวทำละลายต้มสารละลายนั้นจนละลายหมด แล้วทิ้งให้อุณหภูมิลดลง สารที่ละลายน้อยกว่าจะอิ่มตัวแล้วตกผลึกแยกออกมาก่อน เช่น น้ำตาลกับเกลือซิลเวอร์ไนเตรตกับโพแทสเซียมไนเตรต การแยกเกลือโซเดียมคลอไรด์ออกจากน้ำทะเล
รูปแสดงตัวอย่างผลึกบางชนิด
การสกัดด้วยตัวทำละลาย
การสกัดด้วยตัวทำละลาย คือ การแยกสารโดยอาศัยสมบัติการละลายของสารในตัวทำละลาย ต้องคำนึงถึงตัวทำละลายที่เหมาะสมเพื่อให้ได้สารที่ต้องการในปริมาณมาก มีหลักการดังนี้
- เลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมเพื่อสกัดให้ได้สารที่ต้องการออกมามากและต้องมีสิ่งเจือปนติดน้อยที่สุด และไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการสกัด
- กรณีที่ต้องแยกสารผสมที่มีองค์ประกอบปนกันหลายชนิด ต้องเลือกตัวทำละลายที่ละลายสารใดสารหนึ่งได้มากและอีกสารได้น้อยมาก เพื่อให้เจือปนกันน้อยที่สุด
- แยกสารที่ไม่ต้องการออกไป โดยกระบวนการแยกสารต่างๆ เช่น การกรอง เป็นต้น
- แยกสารที่ต้องการออกจากตัวทำละลาย
ซึ่งวิธีการนี้จะนิยมใช้สกัดสีจากธรรมชาติ สมุนไพร สกัดน้ำมันหอมระเหย เป็นวิธีการที่ประหยัดและปลอดภัย