دمای جوش و دمای تبخیر استات ها

استات چیست ؟ نگاهی به ساختار و خواص عمومی

استات ‌ها نمک ‌ها یا استرهای اسید استیک هستند. اسید استیک (CH₃COOH) یک اسید کربوکسیلیک ساده با یک گروه متیل (CH₃) متصل به گروه کربوکسیل (-COOH) است. استات ‌ها با جایگزینی یون هیدروژن گروه کربوکسیل با یک کاتیون فلزی یا یک گروه آلکیل تشکیل می ‌شوند. ساختار یونی استات ‌ها شامل یک گروه کربوکسیلات (CH₃COO⁻) است که بار منفی آن با کاتیون خنثی می ‌شود. خواص عمومی استات ‌ها شامل قطبیت ، حلالیت در آب (به ویژه نمک ‌های استات فلزی) و بوی مشخص است. این خواص بر رفتار آن ‌ها از جمله دمای جوش و تبخیر تاثیر می ‌گذارند.

تفاوت بین دمای جوش و دمای تبخیر چیست ؟

دمای جوش دمایی است که در آن فشار بخار یک مایع برابر با فشار محیط اطراف می ‌شود و مایع به جوش می ‌آید و به بخار تبدیل می‌ شود. این یک فرآیند فیزیکی است که در دمای ثابت برای یک فشار خاص اتفاق می ‌افتد. دمای تبخیر در واقع دامنه ‌ای از دماست که در آن مایع به آرامی به بخار تبدیل می ‌شود. این فرآیند در هر دمایی بالاتر از نقطه انجماد می ‌تواند رخ دهد. در فرآیندهای صنعتی از دمای جوش برای جداسازی و تصفیه مواد استفاده می‌ شود در حالی که تبخیر در فرآیندهای خشک کردن و تغلیظ کاربرد دارد. تفاوت اصلی در سرعت تبدیل مایع به بخار است ، در جوش این تبدیل به ‌سرعت انجام می ‌شود در حالی که در تبخیر به آرامی و در گستره دمایی صورت می‌ گیرد.

عوامل مؤثر بر دمای جوش ترکیبات آلی مانند استات ‌ها

دمای جوش استات ‌ها به طور عمده توسط پیوندهای بین مولکولی ، جرم مولکولی و ساختار مولکولی تعیین می‌ شود. پیوندهای هیدروژنی بین مولکول ‌های استات به دلیل وجود گروه کربوکسیلات قطبی ، نیروی جاذبه بین مولکولی قوی ایجاد می‌ کند و دمای جوش را بالا می ‌برد. افزایش جرم مولکولی نیروی واندروالس بین مولکول‌ ها را افزایش می ‌دهد و در نتیجه دمای جوش بالاتر می ‌رود. ساختار مولکولی نیز تاثیرگذار است. استات‌ های شاخه ‌دار به دلیل سطح تماس کمتر نیروی واندروالس ضعیف‌ تری دارند و دمای جوش پایین‌ تری نسبت به ایزومرهای خطی دارند.

مروری بر انواع استات ‌ها : از اتیل استات تا ایزوبوتیل استات

استرها خانواده وسیعی از ترکیبات آلی هستند که استات ‌ها زیرمجموعه ‌ای از آنها هستند. اتیل استات (CH₃COOCH₂CH₃) ساده ‌ترین عضو این خانواده است. با افزایش طول زنجیره آلکیل در گروه استر ترکیباتی مانند پروپیل استات ، بوتیل استات (CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃) و ایزوبوتیل استات (CH₃COOCH₂CH(CH₃)₂) تولید می ‌شوند. این استرها تفاوت ‌های جزئی در ساختار دارند که بر خواص فیزیکی آن‌ ها تاثیر می ‌گذارند. به ‌طور کلی با افزایش طول زنجیره آلکیل ، جرم مولکولی و در نتیجه دمای جوش افزایش می ‌یابد. همچنین شاخه ‌دار بودن زنجیره آلکیل باعث کاهش دمای جوش می ‌شود. اتیل استات به دلیل فراریت بالا به طور گسترده به عنوان حلال استفاده می‌ شود در حالی که بوتیل استات و ایزوبوتیل استات در صنعت رنگ و پوشش ‌ها کاربرد دارند.

دمای جوش اتیل استات چقدر است و چه کاربردی دارد ؟

اتیل استات دارای نقطه جوش 77 درجه سانتی ‌گراد است. این فراریت بالا اتیل استات را به یک حلال صنعتی بسیار پرکاربرد تبدیل کرده است. در تولید رنگ ، چسب ، لاک و پوشش ‌های سطحی به عنوان حلال برای رقیق کردن و افزایش چسبندگی استفاده می ‌شود. همچنین در استخراج مواد شیمیایی به عنوان حلال در صنایع غذایی (مانند استخراج روغن ‌ها و عصاره‌ ها) و در تولید داروها کاربرد دارد. با توجه به فراریت و قابل اشتعال بودن آن به ‌عنوان یک ماده شیمیایی خطرناک با احتیاط و رعایت موارد ایمنی باید مورد استفاده قرار گیرد.

مقایسه دمای تبخیر بوتیل استات و ایزوبوتیل استات

بوتیل استات و ایزوبوتیل استات ایزومرهای ساختاری یکدیگر هستند به این معنی که فرمول شیمیایی یکسانی دارند اما ساختار مولکولی متفاوتی دارند. بوتیل استات ساختار خطی دارد در حالی که ایزوبوتیل استات ساختار شاخه ‌دار. ساختار شاخه‌ دار ایزوبوتیل استات باعث کاهش نیروهای واندروالس بین مولکول ‌ها نسبت به بوتیل استات می‌ شود. در نتیجه ایزوبوتیل استات دارای دمای تبخیر پایین ‌تر و فراریت بالاتری نسبت به بوتیل استات است. این تفاوت در فراریت در انتخاب این استرها برای کاربردهای خاص مانند فرمولاسیون رنگ ‌ها و پوشش‌ ها که سرعت تبخیر حلال اهمیت دارد، نقش مهمی ایفا می‌ کند همچنین می بایست فشار بخار و فرار بودن استات ها نیز در نظر گرفته شود.

چگونه دمای جوش بر ایمنی حمل ‌و نقل و انبارداری استات ‌ها تأثیر می ‌گذارد ؟

دمای جوش پایین استات‌ ها مانند اتیل استات به معنای فراریت بالا و خطر اشتعال ‌پذیری بیشتر است. این استات ‌ها باید در ظروف در بسته و در محیطی خنک و با تهویه مناسب نگهداری و حمل شوند. تماس با گرما یا شعله می ‌تواند به آتش‌ سوزی منجر شود. برعکس استات ‌هایی با دمای جوش بالا خطر اشتعال ‌پذیری کمتری دارند اما ممکن است نیاز به احتیاط ‌های ایمنی دیگر مانند جلوگیری از تماس با پوست یا چشم داشته باشند. برچسب ‌گذاری صحیح و رعایت دقیق دستورالعمل ‌های ایمنی برای حمل‌ و نقل و انبارداری ، برای هر نوع استات با توجه به دمای جوش آن ضروری است.

نقش فشار محیط بر تغییر دمای جوش استات‌ ها

دمای جوش یک مایع به فشار محیط وابسته است. افزایش فشار محیط دمای جوش را بالا می ‌برد در حالی که کاهش فشار (خلا) دمای جوش را پایین می ‌آورد. در فرآیندهای صنعتی از این ویژگی برای کنترل تبخیر استات‌ ها استفاده می ‌شود. به عنوان مثال در تقطیر تحت خلا ، کاهش فشار محیط باعث تبخیر استات ‌ها در دمای پایین ‌تر می ‌شود و از تجزیه حرارتی آن ‌ها جلوگیری می ‌کند. بالعکس افزایش فشار برای افزایش دمای جوش و کاهش تبخیر در فرآیندهای خاص مفید می باشد.

دمای تبخیر و کاربرد آن در صنایع رنگ ، چسب و لاک

دمای تبخیر استات ‌ها به ویژه در صنایع رنگ ، چسب و لاک نقش تعیین‌ کننده ‌ای در کیفیت فرآورده نهایی دارد. استات ‌ها به‌عنوان حلال ‌ها در این صنایع مورد استفاده قرار می ‌گیرند. نرخ تبخیر سریع باعث می ‌شود که سطح پوشش به سرعت خشک شود و فیلم نازک و یکنواختی ایجاد کند. استات ‌های با دمای تبخیر پایین‌ تر سریع‌ تر تبخیر می ‌شوند و زمان خشک شدن را کاهش می ‌دهند. انتخاب استات با دمای تبخیر مناسب برای هر کاربرد خاص باعث بهینه ‌سازی کیفیت محصول نهایی از نظر چسبندگی ، سختی و دوام می ‌شود. نرخ تبخیر کند می‌ت واند منجر به ایجاد ترک در لایه پوشش شود.

استات ‌ها در برابر حرارت : خطرات ، انفجار و نکات ایمنی

گرم کردن استات ها به ویژه در دماهای بالا خطرات قابل توجهی دارد. بسیاری از استات ها قابل اشتعال هستند و بخارات آنها با هوا مخلوط شده و مخلوط انفجاری تشکیل می ‌دهند. تماس مستقیم با شعله یا سطوح داغ می ‌تواند به آتش سوزی سریع منجر شود. برای جلوگیری از این خطرات باید از گرمایش کنترل شده و سیستم ‌های تهویه مناسب استفاده کرد. انبارداری استات ‌ها در مکان ‌های خنک و دور از منابع حرارت و جرقه اهمیت دارد. استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مانند دستکش ، عینک و ماسک در هنگام کار با استات ‌ها الزامی است. قبل از کار با هر نوع استات باید برگه اطلاعات ایمنی (SDS) آن را به دقت مطالعه کرد.

نمودار مقایسه ‌ای دمای جوش انواع استات ‌ها

جدولی که در ادامه ارائه می ‌شود دمای جوش چند استات رایج را نشان می ‌دهد. این جدول به کاربران کمک می‌ کند تا به سرعت دمای جوش انواع مختلف استات‌ ها را با هم مقایسه کنند و در انتخاب مناسب ‌ترین حلال برای کاربرد خود تصمیم‌ گیری کنند. عوامل دیگری مانند حلالیت و سمیت نیز باید در انتخاب حلال در نظر گرفته شوند.

چگونه از دمای جوش در فرمولاسیون صنعتی استفاده می ‌شود ؟

دمای جوش استات ‌ها در فرمولاسیون‌ های صنعتی نقشی اساسی دارد. در طراحی حلال ‌ها انتخاب استات‌ هایی با دمای جوش مناسب ، سرعت تبخیر و زمان خشک شدن را کنترل می ‌کند. به عنوان مثال در رنگ ‌ها استفاده از استات با دمای جوش پایین منجر به خشک شدن سریع می ‌شود در حالی که استات ‌هایی با دمای جوش بالاتر زمان خشک شدن طولانی ‌تری دارند. این امر به طراحان اجازه می ‌دهد تا خواص فیزیکی محصول نهایی از جمله ویسکوزیته ، چسبندگی و ظاهر را به دقت کنترل کنند. همچنین دمای جوش در فرآیندهای جداسازی مانند تقطیر برای خالص ‌سازی استات‌ ها از مخلوط ‌ها مورد استفاده قرار می ‌گیرد.

دمای جوش استات‌ ها در مقایسه با الکل‌ ها و کتون ‌ها

استات ‌ها ، الکل‌ ها و کتون‌ ها همگی حلال ‌های آلی قطبی هستند اما دمای جوش آن ‌ها به دلیل تفاوت در ساختار و نیروهای بین ‌مولکولی متفاوت است. الکل ‌ها به دلیل پیوند هیدروژنی قوی دمای جوش بالاتری نسبت به استات ‌ها با جرم مولکولی مشابه دارند.کتون ‌ها با وجود قطبیت پیوند هیدروژنی ندارند و دمای جوش آن‌ ها پایین ‌تر از الکل‌ ها و معمولا نزدیک به استات‌ هاست. جرم مولکولی نیز در تعیین دمای جوش نقش دارد. استات ‌های با جرم مولکولی بالاتر دمای جوش بالاتری دارند. در نتیجه مقایسه‌ ی دقیق نیازمند بررسی جرم مولکولی و نوع پیوندهای بین مولکولی است.\