كيف يتم فصل الملح عن الماء

طرق فصل الماء عن الملح

يُعدّ الماء والملح محلولًا متجانس، فالملح كلوريد الصوديوم (NaCl) يستخدم في إضافة النكهة للأطعمة، ويُستخرج غالبًا من مياه البحار باستخدام الكثير من التقنيات منها البسيطة ومنها المعقدة، وذلك لفصل الماء عن الملح والحصول على بلورات الملح الجافة، وفي ما يأتي توضيح لأهمّ هذه الطرق:

تقطير المحلول

يُمكن فصل الملح عن الماء باستخدام التقطير ، ويتمّ ذلك من خلال الخطوات الآتية:

1. وضع محلول الماء والملح في وعاء، ثمّ إشعال النار أسفله حتى يتبخر الماء.
2. وضع المكثف في أعلى الإناء ليعمل على تكثيف الماء، إذ يحتوي المكثف على أنبوب زجاجي يتواجد حوله مياه باردة.
3. بينما ينتقل البخار خلال هذا الأنبوب سيعمل الماء البارد على تبريد البخار وتحويله للحالة السائلة من جديد، ليتبقّى الملح في أسفل الإناء ويكون الماء المقطر موجوداً جانبًا.

يمكن تفسير ذلك بأنّ درجة غليان الماء منخفضة لذلك سينتقل بخاره عبر المكثف، أمّا المواد التي لها درجة غليان مرتفعة ستصطدم بأعلى الإناء وتعود إليه بالتنقيط.

تبخير الماء

تُعدّ هذه الطريقة شائعة ومشهورة، إذ تُطبّق في التجارب العلمية في المدارس لتعليم الطلاب طرق فصل الملح عن الماء، وتعدّ من أسهل الطرق أيضًا، حيث يُمكن تطبيقها في أوانٍ مطبخية أو في برك كبيرة لاستخراج كميات من الملح، وتُطبّق هذه الطريقة كما يأتي:

1. تصفية الماء أولًا لإزالة الرواسب والشوائب منه باستخدام فلتر القهوة.
2. وضع الماء في قِدر كبير على نار عالية الحرارة حتى يغلي.
3. تُثبّت درجة الحرارة ليتبخر الماء وتُخفض عندما يصبح السائل كثيفًا.
4. تبقى المياه تغلي حتى تنتهي معظم كمية الماء ويتبقى معجون سلس في أسفل القدر.
5. تُفرد هذه العجينة في الشمس حتى تجف.

الأسموزية العكسية

تُستخدم طريقة الأسموزية العكسية لفصل الملح عن الماء بأدوات متخصصة أكثر من الطرق التقليدية، وتتمّ بعدة خطوات كالآتي:

1. تمرير الماء عبر مرشح دقيق، حيث يعمل هذا المرشح على تمرير جزيئات الماء.
2. يمنع هذا المرشح مرور أيّ شيء من الشوائب والمواد الذائبة في الماء خاصةً الملح، وذلك لتبقى مفصولة عن الماء.
3. يُمكن اقتناء هذه الأداة بأسعار بسيطة لعمل التجارب، أمّا للكميات الكبيرة فإنّ المضخات المستخدمة لذلك تكون باهظة الثمن.

التفاعل الكيميائي

تتمثّل هذه الطريقة في إضافة حمض الديكانويك لفصل الماء والملح كيميائيًا، وتعدّ هذه الطريقة موثوقة وفعالة، وتتمّ كالآتي:

1. إضافة حمض الديكانويك بكميات نسبية إلى المحلول الملحي.
2. تسخين المحلول قليلًا وتركه جانبًا حتى يبرد.
3. بعد أن يبرد سيُلاحظ أنّ الملح وجميع الشوائب الأخرى المتواجدة في المحلول ترسبت في الأسفل وتجمدت.
4. سيصبح المحلول على شكل طبقتين مفصولتين يسهل نزعهما عن بعضهما البعض.

التحليل الكهربائي

تعمل هذه الطريقة بشكل معقد قليلًا وباستخدام شريط التيار الكهربائي ذا قطبين، وذلك باتباع الخطوات الآتية:

1. يوضع طرف الشريط سالب الشحنة والذي يصدر منه التيار الكهربائي على جانب الوعاء.
2. يوضع طرف الشريط موجب الشحنة والذي يدخل منه التيار الكهربائي على الجانب الآخر من الوعاء.
3. يُفصل بين الجانبين بواسطة غشاء مسامي.
4. بعد توصيل الكهرباء إلى الشريط فإنّ القطب الموجب والقطب السالب سيسحبان الأيونات الذائبة كالملح تجاهها كما يعمل المغناطيس، ليبقى الماء النقي في الوعاء.

تجميد المحلول

تعمل هذه الطريقة بآلية تُشبه التبخر إلّا أنّها تعمل على درجات حرارة منخفضة جدًا، ويمكن فصل الملح بهذه الطريقة من خلال الخطوات الآتية:

1. سكب الماء في قالب مكعبات الثلج وتعريضها لدرجة حرارة كافية للتجمد.
2. عندما يتجمد الماء يدفع الأملاح تلقائيًا للخارج ليصنع منه طبقة خارجية، أي ستُشكّل الأملاح طبقة خارجية حول هذه المكعبات.
3. ستبقى المكعبات الجليدية نقية من الأملاح.
4. يمكن استخدام طريقة التجميد لأغراض التنقية في محطات تنقية المياه، بحيث تستخدم آليات تعمل على دفع الماء النقي وتكوينه على شكل طبقة نقية فوق الماء الملحي.

طرق فصل محاليل الماء غير المتجانسة

تختلف المخاليط المتجانس عن غير المتجانسة ، وتُعرف المحاليل غير المتجانسة على أنّها المحاليل التي لا يُمكن أن تذوب فيها المواد الممزوجة فيها مع الماء كخليط الزيت والماء، وخليط الرمل والماء، ويعود السبب في ذلك إلى اختلاف الخصائص الكيميائية للمواد المُكوّنة للخليط، وهناك الكثير من الطرق والتقنيات المستخدمة في فصل هذه المخاليط، ومن أهمّها ما يأتي:

طريقة الترشيح

تعتمد هذه الطريقة على فصل الماء عن المكونات الأخرى اعتمادًا على أحجام جسيمات هذه المواد، حيث تمر المياه عبر المرشح وتبقى جزيئات المادة الأخرى الصلبة والكبيرة عالقة فوقها، ويُشبه ذلك تصيفة الأرز أو المعكرونة باستخدام المصفاة في المطبخ، ويعتمد حجم الثقوب في المرشحات على حجم المادة الممزوجة مع الماء.

طريقة الترشيح النانوي

تُستخدم هذه الطريقة لفصل المواد الممزوجة بالماء والتي لا تتعدى أحجامها 100 نانوميتر، حيث لا تعتمد هذه الآلية على حجم الثقوب في المرشح بل على تشغيل قوة كهربائية بين جزيئات المادة، وتشبه في عملها الطريقة الأسموزية العكسية.

إذ يوجد غشاء بين جهتي الوعاء يسمح بمرور الماء النقي بعد تطبيق الضغط، لينعكس تدفق الماء وتنتقل جزيئات المادة من المحلول المُركّز إلى المحلول ضعيف التركيز، ثمّ تتركز المادة الذائبة (الجزيئات الصغيرة) في جهة والماء النقي أو المذيب في جهة أخرى.

طريقة التقطير

تعتمد طريقة تقطير الماء على اختلاف درجات غليان المواد، فعند تعريض أي محلول يحتوي على مكونات تختلف درجة غليانها عن الأخرى ستتكاثف واحدةً تلو الأخرى، فالماء بعد غليانه يتكثف في المكثف أولًا، ثمّ يُستبدل وعاء التكثيف من المكثف لتبدأ المادة التي لها درجة غليان أكبر بالتبخر والتكثف، وهكذا حتى انتهاء جميع المواد.

يُعدّ الماء هو العنصر الأهم في خلط المحاليل، فعند مزج مواد قابلة للذوبان معه فسيتم الحصول على محلول متجانس كالماء والملح، وهناك طرق عديدة لفصلهما كالتقطير، والتبخر، والفصل الكيميائي، والفصل الكهربائي، والأسموزية العكسية، والتجميد.

أمّا النوع الآخر فهو المحلول غير المتجانس أيّ المحلول الذي تبقى فيه المياه منفصلة على شكل طبقة عن المواد الممزوجة فيها، وهناك طرق أيضًا لفصل الماء عن هذه المواد كالترشيح، والتقطير، والترشيح النانوي.