การแยกตัวทางเคมี: แนวคิดและตัวอย่าง

เราสามารถนิยามการ แบ่งแยกในวิชาเคมี เป็นคุณสมบัติของสสารที่อนุญาตให้แยกออกเป็นส่วนย่อย ๆ (Miller, 1867)

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเราสามารถยกตัวอย่าง ถ้าเราเอาขนมปังหนึ่งก้อนแล้วหั่นครึ่งครั้งแล้วครั้งเล่าเราจะไปถึงบล็อกพื้นฐานของสสารที่ไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไปหรือไม่? คำถามนี้ปรากฏอยู่ในใจของนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญามาหลายพันปีแล้ว

ที่มาและแนวคิดของการแบ่งแยกทางเคมี

เป็นเวลานานที่มีการถกเถียงกันว่าสสารประกอบด้วยอนุภาค (สิ่งที่เรารู้กันในขณะนี้คืออะตอม) อย่างไรก็ตามความคิดทั่วไปคือสสารนั้นมีความต่อเนื่องที่สามารถแบ่งได้

แนวคิดทั่วไปนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมเช่น James Clerk Maxwell (จากสมการของ Maxwell) และ Ludwing Boltzman (จากการกระจายของ Boltzman) ตกเป็นเหยื่อของความบ้าคลั่งและหลังการฆ่าตัวตาย

ในศตวรรษที่สิบห้านักปราชญ์ชาวกรีก Leucippus และ Democritus ศิษย์ลูกศิษย์ของเขาใช้คำว่าอะตอมในการระบุชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดของสสารและเสนอว่าโลกประกอบไปด้วยอะไรมากกว่าอะตอมที่เคลื่อนไหว

ทฤษฎีปรมาณูยุคแรกนี้แตกต่างไปจากรุ่นที่ใหม่กว่าเนื่องจากมันรวมความคิดของวิญญาณมนุษย์ที่ประกอบด้วยอะตอมที่ละเอียดกว่าที่กระจายไปทั่วร่างกาย

ทฤษฎีปรมาณูตกอยู่ในความเสื่อมโทรมในยุคกลาง แต่ฟื้นขึ้นมาในตอนต้นของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่สิบเจ็ด

ยกตัวอย่างเช่นไอแซกนิวตันเชื่อว่าสสารนั้นประกอบด้วยอนุภาคของแข็งมวลแข็งไม่สามารถผ่านเข้าไปได้และอนุภาคเคลื่อนที่

การหารสามารถให้ได้โดยวิธีการต่าง ๆ ที่พบมากที่สุดคือการหารด้วยวิธีทางกายภาพเช่นการตัดแอปเปิ้ลด้วยมีด

อย่างไรก็ตามการแบ่งแยกยังสามารถเกิดขึ้นได้โดยวิธีทางเคมีซึ่งสสารจะถูกแยกออกเป็นโมเลกุลหรืออะตอม

10 ตัวอย่างของการแบ่งแยกทางเคมี

1- ละลายเกลือในน้ำ

เมื่อเกลือละลายตัวอย่างเช่นโซเดียมคลอไรด์ในน้ำปรากฏการณ์การละลายจะเกิดขึ้นเมื่อพันธะไอออนิกของเกลือแตกตัว:

NaCl → Na + + Cl-

โดยการละลายเกลือเพียงเม็ดเดียวในน้ำมันจะแยกเป็นโซเดียมพันล้านและไอออนคลอไรด์ในสารละลาย

2- ออกซิเดชันของโลหะในสื่อที่เป็นกรด

โลหะทั้งหมดเช่นแมกนีเซียมหรือสังกะสีทำปฏิกิริยากับกรดเช่นเจือจางกรดไฮโดรคลอริกเพื่อให้เกิดฟองไฮโดรเจนและสารละลายไม่มีสีของคลอไรด์โลหะ

Mg + HCl → Mg2 + + Cl- + H ₂

กรดออกซิไดส์โลหะโดยการแยกพันธะโลหะเพื่อให้ได้ไอออนในสารละลาย (BBC, 2014)

3- การย่อยสลายของเอสเทอร์

การไฮโดรไลซิสคือการแตกพันธะทางเคมีด้วยการใช้น้ำ ตัวอย่างของการไฮโดรไลซิสคือการไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์ซึ่งแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลแอลกอฮอล์และกรดคาร์บอกซิลิก (คลาร์ก, 2016)

4- กำจัดปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาการกำจัดจะทำตามที่มันพูดเอาไว้: มันจะเอาอะตอมออกจากโมเลกุล สิ่งนี้ทำเพื่อสร้างพันธะคู่คาร์บอน - คาร์บอน สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้ฐานหรือกรด (Foist, SF)

มันสามารถเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนเดียวพร้อม ๆ กัน (โปรตอนนามธรรมในCαเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันกับความแตกแยกของพันธะCβ-X) หรือในสองขั้นตอน (ความแตกแยกของพันธะCβ-X เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกเพื่อสร้าง carbocation กลาง) ซึ่งก็คือ "ปิด" โดยนามธรรมของโปรตอนในอัลฟาคาร์บอน) (Soderberg, 2016)

5- ปฏิกิริยาเอนไซม์ของ aldolase

ในช่วงเตรียมการของ glycolysis โมเลกุลกลูโคสจะแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลของ glyceraldehyde 3-phosphate (G3P) โดยใช้ 2 ATP

เอนไซม์ที่รับผิดชอบในการทำแผลนี้คือ aldolase ซึ่งผ่านการควบแน่นย้อนกลับแบ่งโมเลกุลของฟรุกโตส 1, 6-bisphosphate ในโมเลกุลของ G3P และโมเลกุลของไดไฮโดรซีไซโตโทนฟอสเฟตในสองซึ่งต่อมาจะกลายเป็นโมเลกุลของ G3P

6- การสลายตัวของสารชีวโมเลกุล

ไม่เพียง glycolysis เท่านั้น แต่การสลายตัวของสารชีวโมเลกุลทั้งหมดในปฏิกิริยา catabolism เป็นตัวอย่างของการแบ่งแยกทางเคมี

นี่เป็นเพราะพวกเขาเริ่มจากโมเลกุลขนาดใหญ่เช่นคาร์โบไฮเดรตกรดไขมันและโปรตีนเพื่อสร้างโมเลกุลขนาดเล็กเช่น acetyl CoA ที่เข้าสู่วงจร Krebs เพื่อผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP

7- ปฏิกิริยาการเผาไหม้

นี่เป็นอีกตัวอย่างของการแบ่งแยกทางเคมีเนื่องจากโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่นโพรเพนหรือบิวเทนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิต CO ₂ และน้ำ:

C ₃ H ₈ + 5O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

การสลายตัวของสารชีวโมเลกุลอาจกล่าวได้ว่าเป็นปฏิกิริยาการเผาไหม้เนื่องจากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือ CO ₂ และน้ำอย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นในหลายขั้นตอนด้วยตัวกลางที่แตกต่างกัน

8- การปั่นแยกเลือด

การแยกส่วนประกอบต่าง ๆ ของเลือดเป็นตัวอย่างของการแบ่งแยก แม้จะเป็นกระบวนการทางกายภาพ แต่ฉันพบตัวอย่างที่น่าสนใจเพราะด้วยการหมุนเหวี่ยงส่วนประกอบจะถูกแยกด้วยความแตกต่างของความหนาแน่น

ส่วนประกอบที่หนาแน่นกว่านั้นคือซีรัมที่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงจะยังคงอยู่ที่ด้านล่างของหลอดหมุนเหวี่ยงในขณะที่พลาสมาที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะยังคงอยู่ที่ด้านบน

9- บัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต

โซเดียมไบคาร์บอเนต HCO ₃ - เป็นวิธีหลักในการขนส่ง CO ₂ ในผลิตภัณฑ์ร่างกายจากปฏิกิริยาการย่อยสลายทางเมตาบอลิซึม

สารประกอบนี้ทำปฏิกิริยากับโปรตอนของตัวกลางเพื่อผลิตกรดคาร์บอนิกซึ่งจะถูกแบ่งออกเป็น CO2 และน้ำ:

HCO ₃ - + H + DH ₂ CO ₃ D CO ₂ + H ₂ O

เนื่องจากปฏิกิริยาจะย้อนกลับได้นี่เป็นวิธีสำหรับสิ่งมีชีวิตผ่านการหายใจเพื่อควบคุมค่า pH ทางสรีรวิทยาเพื่อหลีกเลี่ยงกระบวนการของอัลคาโลซิสหรือดิสก์

10- กองอะตอมหรือนิวเคลียร์ฟิชชัน

ในกรณีที่แกนกลางขนาดใหญ่ (เช่นยูเรเนียม - 235) เสีย (fissions) มันจะส่งผลให้เกิดพลังงานสุทธิ

นี่เป็นเพราะผลรวมของมวลของชิ้นส่วนจะน้อยกว่ามวลของแกนยูเรเนียม (Nuclear Fission, SF)

ในกรณีที่มวลของชิ้นส่วนเท่ากับหรือมากกว่าของเหล็กที่จุดสูงสุดของเส้นโค้งพลังงานที่จับกันอนุภาคนิวเคลียร์จะถูกผูกไว้แน่นมากกว่าในนิวเคลียสยูเรเนียมและมวลลดลงเกิดขึ้นใน รูปแบบพลังงานตามสมการไอน์สไตน์