حلال های شیمیایی چیست؟ کاربرد، عوارض و خطرات آنها

حلال های شیمیایی برای پردازش مواد، تمیز کردن سطوح، رقیق کردن محلول ها، جداسازی مواد و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. بسیاری از حلال ها در حالت مایع  یا محلول هستند وتعداد کمی از آنها  نیز جامد یا گاز هستند. حلال های شیمیایی  از نظر ترکیب مواد به دو دسته غیر آلی (مواد بدون کربن) یا آلی (مواد دارای کربن تقسیم می شوند. آب رایج ترین و پرکاربردترین حلال، غیر آلی است.

حلال های آلی بیشتر از حلالهای غیر آلی در صنعت  استفاده می شوند. برخی از حلال ها قابل بازیافت و استفاده مجدد و برای محیط زیست مفید هستند و برخی دیگر برای محیط زیست به شدت زیان آور هستند. در ادامه این مقاله از نشریه جهان شیمی فیزیک به شرح خواص و کاربرد حلال های شیمیایی می پردازیم لطفا همراه ما باشید.

حلال چیست؟

حلال  ماده ای است که می تواند سایر مواد را در خود حل کرده یا آن را استخراج کند. حلال معمولا بدون ایجاد تغییرات شیمیایی در خود یا سایرمواد این کار را انجام می دهد.

حلال ها و کاربردهای آن

محلول مخلوطی از مواد است که تمام اجزای آن در یکدیگر حل شده اند. در محلول همه مواد به صورت یکنواخت  حل شده و هیچ ماده حل نشدنی باقی نمانده است.  زمانی که اجزای دو ماده نمی توانند در یکدیگر حل شوند مانند ماسه و آب به آنها نامحلول می گویند.

حلالیت توانایی حل شدن یک ماده با ماده دیگر است. به عبارت دیگر  حلالیت حداکثر مقدار املاح است که در حلال حل شده و به تعادل رسیده است.

تعادل حالتی است که واکنش دهنده ها و محصولات به حالت متعادل می رسند، این یعنی دیگر نمی توان املاح را در دما و فشار ثابت در حلال حل کرد.

موادی که قادر به حل شدن در یکدیگر نیستند، مواد غیر قابل اختلاط هستند. حلال راهی برای تعامل بین املاح است و دستیابی به ثبات توسط جاذبه های پیوندی یون دوقطبی و هیدروژنی است.

دسته بندی حلال های شیمیایی

حلال ها گروهی ناهمگن از چندین مواد شیمیایی هستند که برای رقیق کردن، حل شدن یا پراکندگی سایر ترکیبات مورد استفاده قرار می گیرند. توانایی حلال در حل کردن مواد بستگی به ساختار مولکولی و خواص فیزیکی حلال و املاح دارد.

انواع حلال را می توان به طور کلی به دو دسته قطبی و غیر قطبی تقسیم کرد. اما اگر حلال ها را بر اساس ماهیت شیمیایی دسته بندی کنیم، می بینیم که به دو دسته حلال آلی و حلال غیر آلی تقسیم می شوند.

الکل ها دسته مهمی از حلال های صنعتی هستند، زیرا یک سر قطبی و یک سر غیر قطبی دارند. در نتیجه این حلال ها هم می توانند مواد حل شونده قطبی و هم غیر قطبی را در خود حل کنند.

حلال آبی

آب یک حلال برای مولکول های قطبی و حلالی است که توسط موجودات زنده استفاده می شود. تمام یون ها و پروتئین های موجود در سلول در آب درون سلولی حل می شوند. در واقع محلول هایی که حلال آن ها آب است، محلول آبی نامیده می شوند.

حلال آلی

حلال های آلی با توجه به ساختار شیمیایی خود به سه دسته هیدروکربن، اکسیژن و هالوژن تقسیم می شوند.

حلال های هیدروکربن

حلال هایی هستند که در ترکیبات خود کربن و اکسیژن دارند و به دو دسته الیفاتیک و آروماتیک تقسیم می شوند مانند الکل ها و اترهای گلیکول. این حلال ها از نفت خام به دست می آیند.

حلال آلیفاتیک

این حلال ها موادی هستند که در ساختارشان حلقه های معطر ندارند مانند آلکان ها و آلکن ها

حلال های آروماتیک

این حلال ها در تولید رنگ و جوهر و مواد شیمیایی در کشاورزی استفاده می شوند مانند بنزن،  زایلن و تولوئن. ساده ترین ترکیب آروماتیک بنزن است که در ساخت لاستیک، رنگ و تولید رزین، چسب و نایلون استفاده می شود و همچنین با ترکیب در حلال های صنعتی برای حذف چربی از سطوح مورد استفاده قرار می گیرد.

حلال های اکسیژن دار

دراین دسته الکل ها، کتون ها، آلدئید ها و اترهای گلیکول استر قرار می گیرند. اتانول آمین یکی از این حلال ها است. این ترکیب هر دو گروه الکل و آمین را دارد به همین دلیل مونو اتانول آمین،  دی اتانول آمین و تری اتانول آمین در صنایع مختلف به وفور مورد استفاده قرار می گیرند.

حلال های هالوژنه

حلال های هالوژنه حاوی هالوژن هایی مانند کلر، فلورین، برم یا ید  در ترکیب خود هستند. برخی از این حلال ها شامل تتراکلرید کربن، کلروفرم و کلروفلوروکربن ها (CFC) هستند.

متیلن کلراید یک حلال هالوژنه بی رنگ و شفاف است که بوی آن شبیه کلروفرم است. این ترکیب با آب مخلوط نمی شود ولی با بسیاری از حلال های آلی مخلوط می شود و به دلیل حلالیت بالا در حل کردن گریس  برای تمیز کردن تجهیزات هواپیما قطار وسایل نقلیه استفاده می شود. علاوه بر خاصیت پاک کنندگی در تولید رنگ پلاستیک، فیلم های عکاسی و جوهر چاپ نیز کاربرد دارد.

حلال قطبی

ذرات تشکیل دهنده این حلال ها قطبی هستند در نتیجه یکدیگر را با نیروی جاذبه الکتروستاتیکی جذب می کنند. مواد حل شونده قطبی در حلال های قطبی حل می شوند و محلول قطبی تشکیل می دهند. آب مهم ترین حلالی است که ترکیبات یونی و کووالانسی زیادی را در خود حل می کند. چند نمونه از حلال قطبی شامل متانول، استیک اسید، اتانول و آمونیاک هستند.

حلال غیر قطبی

ذرات تشکیل دهنده این حلال ها غیرقطبی هستند و نیروی جاذبه ضعیف واندروالسی بین آنها وجود دارد. این حلال ها نقطه  جوش پایینی دارند و فرار هستند. مواد حل شونده غیرقطبی در حلال های غیر قطبی حل می شوند و محلول غیر قطبی تولید می کنند.

چند نمونه حلال غیر قطبی

پنتان – پنتان یک ترکیب آلی با پنج کربن زنجیره ای است و ثابت دی الکتریک پایینی دارد.

هگزان – هگزان یک ترکیب آلی شش کربنی است. ثابت دی الکتریک پایینی دارد. گشتاور دوقطبی آن صفر است. حلال خوبی برای گونه های باردار نیست.

تولوئن – تولوئن یک ترکیب آلی آروماتیک است و ثابت دی الکتریک پایینی دارد.

کلروفرم – کلروفرم یک ترکیب آلی است و ثابت دی الکتریک پایینی دارد.

پارامترهای مختلفی وجود دارد که بر فرایند حلالیت و انتخاب حلال مناسب تاثیر می گذارد که شامل قطبیت محلول و حلال، ترمودینامیک فرآیند انحلال، دمای محلول، pKa  و یونیزاسیون املاح و حلال، pH  و همچنین ماهیت املاح و حلال ها هستند.

چند نمونه از رایج ترین حلال های شیمیایی

آب

آب را  می توان رایج ترین حلال شیمیایی نامید زیرا هم در صنعت و هم در زندگی روزمره به عنوان حلال استفاده می شود. آب از نظر شیمیایی هم اسید است و هم باز  در نتیجه خنثی محسوب می شود.

متانول

متانول الکلی است که از چوب به دست می آید و به عنوان حلال، سوخت، ضدیخ و در تهیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی استفاده می‌ شود.

اتانول

اتانول یکی از پر کاربردترین حلال ها در صنایع آزمایشگاه ها، پتروشیمی و صنعت داروسازی است. این ماده شیمیایی خاصیت میکروب کشی نیز دارد و به عنوان ضدعفونی کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

استون

استون و یا پروپانون یکی از مهمترین حلال های آلی است که در تولید دارو، پلاستیک و الیاف مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد.

کلروفرم

کلروفرم یکی از بهترین حلال‌های آلکالوئیدی جهت استخراج آلکالوئیدها از مواد گیاهی در صنایع داروسازی است. این ترکیب همچنین ا در استخراج ویتامین‌ها، آنتی بیوتیک‌ها و طعم دهنده‌ها استفاده می‌شود.

حلال های شیمیایی ویژه

حلال های شیمیایی ویژه  که با نام  White spirit نیز شناخته می شوند شامل هیدروکربن هایی با تعداد اتم های کربن بین ۷ تا ۱۲ هستند. در ساختار شیمیایی این حلال ها ترکیباتی همچون هگزان، تولوئن، بنزن و … مورد استفاده قرار می گیرد. حلال ۴۰۲، ۴۰۳، ۴۰۶  برخی از حلال های شیمیایی ویژه هستند که برای تمیز کردن تجهیزات صنعتی، رقیق کردن رنگ،  تهیه قیر، لاستیک و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد حلال های شیمیایی

موارد استفاده از حلال ها ممکن است به شرح زیر باشد:

• تولید رنگ و پوشش
• تولید جوهرها
• محصولات مراقبت شخصی مانند لوازم آرایشی، پاک کننده ناخن
• محصولات پاک کننده
• کاربردهای بهداشتی مانند محصولات دارویی
• صنایع خودروها
• در تولید شوینده ها

مدیریت استفاده از حلال های شیمیایی

بسیاری از حلال های شیمیایی که مشاغل صنعتی برای تمیز کردن قطعات، فلزات و مواد از آنها استفاده می کنند، هم برای افراد و هم برای محیط زیست خطرناک تلقی می شوند.

همچنین بسیاری از محتویات آنها به دلیل خرید بیش از حد و عدم وجود پروتکل بازیافت مواد شیمیایی هدر می رود. داشتن یک گروه مدیریت شیمیایی برای کمک به مشاغلی که از حلال های شیمیایی استفاده می کنند ایده آل است.

گروه های مدیریت شیمیایی می توانند عملیات و منابعی ایجاد کنند که از موقعیت های بالقوه خطرناک ناشی از حلال های شیمیایی جلوگیری می کند.

عوارض قرار گرفتن در معرض حلال های شیمیایی

حلال ‌ها در چسب‌ ها، چسب‌ های فرش، مایع‌ های پاک‌ کننده، رزین‌های اپوکسی، سخت‌ کننده‌ ها، لاک‌ ها، ماستیک ‌ها (آسفالت یا قطران زغال‌سنگ)، رنگ‌ ها، رقیق‌ کننده‌ های رنگ و پرایمرها یافت می ‌شوند.

رایج ‌ترین روشی که کارگران در معرض حلال‌ ها قرار می‌ گیرند، استنشاق بخاراتی است که از خود ساطع می‌ کنند، اگرچه کارگران می ‌توانند از طریق تماس پوستی یا بلع نیز در معرض قرار بگیرند.

بیشتر موارد قرار گرفتن در معرض بیش از حد، به دلیل جذب پوستی است، مانند زمانی که کارگران برای استفاده از مواد مبتنی بر حلال از دستکش استفاده نمی کنند. از آنجایی که انواع مختلفی از حلال ها وجود دارد، اثرات آنها می تواند متفاوت باشد.

اثرات کوتاه مدت قرار گرفتن در معرض حلال های شیمیایی

قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض حلال ها باعث عدم هماهنگی، سرگیجه، سردرد، حالت تهوع، درد معده، بثورات پوستی، ترک خوردن یا خونریزی پوست و تحریک چشم ها، بینی و گلو می شود.

ادامه قرار گرفتن در معرض حلال ها همچنین می تواند باعث کوری، آسیب به کبد و کلیه ها، افزایش خطر ضربان نامنظم قلب و تاثیر بر سیستم عصبی شود. برخی از حلال ها نیز به عنوان سرطان زا شناسایی شده اند و تحقیقات موسسه ملی علوم بهداشت محیطی اخیرا قرار گرفتن در معرض حلال را با سرطان سینه مرتبط کرده است.

مطالعات همچنین نشان می‌ دهند که برخی از حلال‌ها علاوه بر سمی بودن، اتوتوکسیک هم هستند، به این معنی که در محیط‌ های پر سر و صدا باعث کاهش شنوایی می ‌شوند.

اثرات شناختی بلند مدت حلال ها

قرار گرفتن در معرض مزمن، یا حتی یک قرار گرفتن در معرض مقادیر زیاد، می تواند پیامدهای جدی بر سلامت کارگران داشته باشد. مطالعه ‌ای در مجله پزشکی    Neurology  نشان داد کارگرانی که در طول زندگی خود به طور مداوم در معرض سطوح بالایی از حلال‌ ها قرار داشتند، حتی سال‌ ها بعد نیز به میزان قابل‌ توجهی دچار اختلال مغزی شدند.

این مطالعه نشان داد که ۵۹ درصد از کارگران با حداقل یکی از هشت مهارت حافظه و تفکر آزمایش شده مشکل داشتند. نتایج همچنین نشان داد که کارگرانی که اخیرا در معرض حلال‌ ها قرار گرفته‌ اند، در مقایسه با افرادی که در معرض قرار نگرفته ‌اند، به احتمال زیاد در تمرین‌های حافظه ، توجه بصری و تغییر تکلیف با مشکل مواجه هستند.

ما همچنین برخی از مشکلات شناختی را در افرادی مشاهده کردیم که مدتها قبل تا ۵۰ سال قبل از آزمایش به شدت در معرض خطر قرار گرفته بودند.

به همین دلیل، کارگران با سابقه مواجهه با حلال ها می توانند از غربالگری شناختی منظم و همچنین غربالگری مشکلات قلبی برای کمک به تشخیص زودهنگام مشکلات بهره مند شوند. کارگران بازنشسته همچنین می ‌توانند از فعالیت‌های تحریک ‌کننده ذهنی، مانند یادگیری یک مهارت جدید، برای کمک به حفظ عملکرد مغز بهره ببرند.

با چه حلال هایی کار خواهید کرد؟

کارگران باید قبل از شروع کار فهرستی از حلال هایی که استفاده می کنند، تهیه کنند. این روند شامل خواندن برچسب و برگه اطلاعات ایمنی (SDS) برای هر حلال و درک نحوه استفاده صحیح از هر حلال است.

در صورت امکان، پاک کننده ها، رنگ ها و لاک های مبتنی بر حلال را با جایگزین های مبتنی بر آب یا مواد شیمیایی ایمن تر در صورت وجود جایگزین کنید. به عنوان مثال، این برگه اطلاعات یک ماده شیمیایی جایگزین برای پاک کردن رنگ از وان حمام ارائه می دهد، در حالی که این یکی جزئیات استفاده از سنباده را به جای مواد شیمیایی ارائه می دهد.

پس از تهیه فهرستی از حلال ها و خطرات آنها، کارگران باید نحوه استفاده از هر حلال را در نظر بگیرند. به عنوان مثال، اگر از حلال ها در یک فضای بسته استفاده می شود، سیستم های تهویه مناسب برای اجازه جریان هوای کافی و جلوگیری از تجمع بخارات خطرناک مورد نیاز است.

اگر حلال ها با دست استفاده می شوند، کارگران باید تجهیزات حفاظت فردی مناسب (PPE) مورد نیاز مانند دستکش و عینک را بررسی کنند. روش ‌های ایمنی نیز باید برای جلوگیری از پاشش، آئروسل کردن یا استفاده از حلال ‌های بیشتر از آنچه که نیاز است، در نظر گرفته شود.

چگونه در برابر حلال های شیمیایی از خود محافظت کنیم؟

هنگام کار با حلال ها برای از بین بردن یا کاهش قرار گرفتن در معرض این روش ها را دنبال کنید:

اگر هنگام کار با حلال ها دچار سرگیجه، عدم هماهنگی، حالت تهوع یا سردرد شدید، فورا به دنبال هوای تازه باشید.

درب ظروف حلال را زمانی که استفاده نمی کنید بسته نگه دارید.

دستکش مناسب با حلال مورد استفاده و همچنین لباس آستین بلند و سایر لباس هایی که پوست را می پوشانند، استفاده کنید.

حلال ها را روی پوست خود نریزید و قبل از سیگار کشیدن، خوردن یا نوشیدن دست های خود را بشویید. هرگز در محل کار غذا نخورید و سیگار نکشید.

هرگز از حلال ها برای تمیز کردن مواد از پوست یا لباس خود استفاده نکنید. هر لباسی که آغشته می شود را فورا عوض کنید.

فقط با حلال ها در جایی که هوای تازه وجود دارد کار کنید. اگر مجبور هستید در داخل با آنها کار کنید، از یک فن اگزوز برای بیرون کشیدن بخارات و از یک فن دیگر برای داخل کشیدن هوا از بیرون اتاق استفاده کنید.

حداقل از ماسک تنفسی با کارتریج بخار آلی مشکی استفاده کنید. کارتریج های ماسک تنفسی باید به طور مرتب تعویض شوند – اغلب یک بار در هر شیفت کاری یا بیشتر. ماسک های گرد و غبار کاغذی و N95 در برابر حلال ها از شما محافظت نمی کنند.

عوارض قرار گرفتن در معرض حلال های شیمیایی

قرار گرفتن در معرض حلال ها ممکن است بسته به مواد شیمیایی خاص، سطح غلظت، مدت زمان قرار گرفتن در معرض و نحوه ورود آن به بدن، بر سلامت شما تاثیر بگذارد.

بخارات استنشاقی: ممکن است چشم ها را تحریک کرده، باعث خواب آلودگی، مشکل در تنفس و در صورت مواجهه شدید آسیب عصبی شود.

تماس مستقیم چشمی: ممکن است باعث سوزش و ریزش اشک و در صورت مواجهه شدید باعث مشکلات بینایی شود.

تماس با پوست: ممکن است باعث خشکی پوست، تحریک، بثورات یا سوختگی های شیمیایی شود.

بلع: اگرچه نادر است، اما می تواند باعث بیماری جدی و ناراحتی های گوارشی مختلف شود.

سخن پایانی

حلال‌ها در بسیاری از جنبه‌های زندگی روزمره ما دخیل هستند. آنها معمولا در صنعت، در فرآیندهای مختلف تولیدی استفاده می ‌شوند. اکثر حلال‌ های آلی که در کاربردهای خانگی و صنعتی استفاده می ‌شوند بسیار فرار هستند مانند آنهایی که در برخی رنگ‌ ها یافت می‌ شوند که سمیت کمی دارد و قدرت انحلال بالایی برای رنگ، رزین‌ ها و چسب‌ ها دارد.

این بدان معنی است که آنها بسیار سریع در محیط اطراف پراکنده می شوند. بنابراین استفاده از آنها باید بر اساس الزامات فنی واقعی ارزیابی شود و ذخیره سازی و جابجایی آنها باید با مجموعه ای از استانداردهای اختصاصی مطابقت داشته باشد. اشتعال پذیری و اثرات  فیزیولوژیکی باید هنگام ارزیابی حلال ها باید در نظر گرفته شود.