هیدئو کوداما، از موسسه تحقیقات صنعتی شهرداری ناگویا، برای نخستین بار تجهیزات پرینت سه بعدی را تولید کرد و آن را گسترش داد. همچنین دو روش جدید را برای ساختن مدل‌های سه بعدی اختراع کرد. هیدئو کوداما با توجه به کاری که رالف بیکر در دهه 1920 برای ساخت محصولات تزئینی کرد، نمونه‌سازی رزین با لیزر را در سال 1981 تکمیل کرد. در سال 1987 نیز چاک هال اولین چاپگر سه بعدی را به وسیله سیستم‌های سه بعدی اختراع کرد. برای شناخت بیشتر این فناوری لازم است از انواع روش‌های پرینت سه بعدی و مزیت‌ها و محدودیت‌های هر کدام از آن‌ها آگاهی کافی داشته باشیم. امروزه حدود ۲۵ تکنیک برای پرینت سه بعدی در دنیا وجود دارد که بعضی از آن‌ها تجاری شده‌اند و می‌توان گفت حدود ۱۰ مورد از آن‌ها در بازار و و صنعت قطعه‌سازی و نمونه‌سازی به صورت رایج وجود دارد. در این مقاله درباره اصول دسته‌بندی و نام گذاری انواع روش‌های پرینت سه بعدی توضیح داده خواهد شد. در این مقاله می‌خواهیم به هر کدام از انواع روش‌های پرینت سه بعدی که برای ارائه خدمات پرینتر ۳ بعدی متنوع هستند، به صورت اختصاصی بپردازیم. انواع مواد مصرفی پرینت سه بعدی از جمله ترموپلاستیک‌ها مانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، SLS، FDM، LOM، Printing (BinderJetting)، DDM، Polyjet، DLP و FusionJet و ...، فلزات در دسترس‌اند. در این مقاله قصد داریم پس از ذکر توضیحاتی درمورد تکنولوژی پرینترهای سه بعدی، انواع فیلامنت‌های استفاده شده در آن‌ها و مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی را نیز توضیح دهیم.

فناوری‌های چاپ سه بعدی

فناوری‌های چاپ سه بعدی در سه دسته عمده تقسیم می‌شوند که در ادامه به بررسی هر کدام از آن‌ها می‌پردازیم. این فناوری‌ها عبارت‌اند از:

1. تف جوشی لیزری

مواد در این نوع فناوری برای ایجاد اقلام با وضوح بالا گرم می‌شوند؛ اما به نقطه ذوب نمی‌رسند. این فناوری به 2 دسته تف جوش لیزری مستقیم و انتخابی تقسیم می‌شود. تف جوشی لیزری مستقیم که نام دیگر آن DMLS می‌باشد متعلق به دسته‌ی همجوشی بستر پودری (PBF) پرینت سه بعدی بوده و شبیه به فناوری تف جوشی لیزری انتخابی( SLS) است اما تفاوت‌هایی هم دارند. برای تف جوشی لیزری انتخابی پودر ترموپلاستیک کاربرد دارد. اما در DMLS به جای پودرهای پلاستیکی، از پودرهای فلزی برای ایجاد قطعات فلزی استفاده می‌شود که هم برای نمونه‌های اولیه‌ی کاربردی و هم برای قطعات تولیدی قابل استفاده است. دمای مورد استفاده برای همجوشی پودر فلزات در این دو فرآیند متفاوت است. در SLS پودر فلز تا زمانی که کاملا به مایع تبدیل گردد، گرم می‌شود. DMLS پودر فلز را ذوب نمی‌کند؛ بلکه ذرات را به اندازه کافی حرارت می‌دهد تا سطوح آن‌ها به یکدیگر جوش بخورند. به هر حال، هر دو اصطلاح (SLS و DMLS) اغلب به جای هم در صنعت پرینت سه بعدی استفاده می‌شوند.

روش کار DMLS

این فناوری شامل 6 مرحله می‌باشد که به ترتیب به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت:

• مرحله اول: آغاز این فرایند با برش داده‌های فایل CAD طراحی سه بعدی به لایه‌های منفرد بسیار نازک و ایجاد یک مدل دو بعدی را برای هر لایه شروع می شود.
• مرحله دوم: این دستگاه از یک لیزر نوری پرقدرت در داخل محفظه‌ی ساختی که حاوی گاز بی‌اثر است، بهره می‌برد.
• مرحله سوم: برای جابجایی پودر جدید روی پلتفرم ساخت از یک پلتفرم توزیع مواد و یک پلتفرم ساخت همراه با یک غلتک به صورت لایه به لایه استفاده می‌شود.
• مرحله چهارم: لیزر مسیر خود را برای تولید این لایه با قرار گرفتن پودر روی پلتفرم ساخت آغاز می‌کند پودر را به یک جسم جامد به صورت انتخابی تف جوشی می‌کند. تا زمانی که کل قطعه کامل شود افزودن لایه‌ی پودری و تف جوشی به همین صورت ادامه می‌یابد.
• مرحله پنجم: پس از خنک شدن، پودر فلز اضافی اطراف از پرینتر خارج می‌شود. مراحل نهایی شامل حذف سازه‌های پشتیبانی و سایر فرآیندهای پس پردازش است.
• مرحله ششم: از قطعات DMLS  می‌توان برای فرآوری بیشتر مانند قطعات فلزی تولید شده توسط فلزکاری معمولی استفاده نمود. این کار می‌تواند شامل ماشینکاری، عملیات حرارتی یا پرداخت سطح باشد.

مواد پرینت سه بعدی DMLS

به طور کلی از مواد زیر برای DMLS استفاده می‌شود:

• آلومینیوم: مانند AlSiMG
• فولاد: مانند فولاد ابزار MS1، فولاد ضدزنگ 17-4، فولاد ضدزنگ 316L
• اینکونل: مانند اینکونل 718

مزایای فناوری DMLS

• امکان اجرای طراحی‌های پیچیده
• زمان ساخت سریع
• استفاده از اجزای سبک و بادوام
• امکان هدر رفت کمتر

پرینتر سه بعدی SLS

دستگاه پرینتر سه بعدی SLS از دستگاه‌هایی است که به وسیله ماده اولیه پودری شکل به ساخت قطعه می‌پردازد، از این رو پودر پایه است. سیستم‌های مختلفی در یک دستگاه SLS به همراه یکدیگر کار می‌کنند تا قطعه ساخته شود. قسمت‌های اصلی دستگاه که می‌بایست در کنار هم کار کنند تا قطعه ساخته شود عبارتند از:

• سیستم اسکن لیزر
• سیستم‌های حرارتی
• سیستم گردش گاز بی اثر
• سیستم تغذیه پودر
• سیستم پلاتفورم
• واحد کنترل (الکترونیک و نرم‌افزار)

 در دستگاه SLS برای ساخت قطعه که اول باید فایل CAD قطعه مورد نظر به دستگاه شناسانده شود. برای این کار باید فایل CAD مورد نظر لایه لایه شود. ابتدا فایل CAD در جهت ترجیحی در دستگاه قرار می‌گیرد و از پایینترین قسمت قطعه موازی صفحه X-Y صفحاتی از قطعه عبور داده می‌شود و از محل تقاطع این صفحه با لبه‌های جسم مورد نظر کانتور‌های بسته‌ای به دست می‌آیند. سپس صفحه دیگری بالاتر از صفحه قبلی به اندازه ضخامت یک لایه با جسم قطع داده می‌شود و این کار تا جایی پیش می‌رود که به بالاترین قسمت جسم برسد. در پایان، تعداد زیادی کانتور‌های بسته که نشان دهنده اطراف جسم هستند به دست می‌آیند. این کانتور‌ها محل عبور لیزر را بر روی سطح پودر مشخص می‌کنند.

 بعد از به دست آمدن کانتورها به ساخت فیزیکی قطعه پرداخته می‌شود. در این مرحله، ابتدا یک لایه پودر توسط مکانیزم لایه نشانی بر روی سطح پلاتفورم پخش می‌شود. ضخامت لایه می‌تواند متفاوت باشد اما معمولا عددی در حدود ۱۰۰ میکرون است که با کم و زیاد شدن آن، سرعت و دقت دستگاه کم و زیاد می‌شود. پس از پخش شدن پودر سطح آن توسط گرمکن‌های تابشی دستگاه تا دمای مشخصی پیشگرم می‌شوند که این مخصوص دستگاه های SLS پلیمری است، در فرآیند SLS فلزی این پیشگرم به دلایل فنی مورد نیاز نیست.

سپس طرح مورد نظر توسط سیستم اسکن لیزر بر روی سطح پودر مارک می‌شود. این طرح از کانتور‌های دور جسم منشا می‌گیرد. ذرات پودر در نقاط مارک شده به دلیل توان حرارتی لیزر به یکدیگر جوش می‌خورند و یک جسم جامد را تشکیل می‌دهند. سپس با تکرار این سیکل دوباره یک لایه دیگر از پودر بر روی لایه قبلی ریخته می‌شود و این فرآیند تا آخر و تا وقتی که قطعه کامل ساخته شود، ادامه پیدا می‌کند. در مارک کردن لایه بالایی باید توان لیزر به میزانی باشد که لایه فوقانی به لایه تحتانی جوش داده شود تا پیوستگی قطعه حفظ شود.

مزایای پرینتر سه بعدی SLS

• امکان تولید قطعات کاربردی و عملیاتی
• استحکام و ضربه پذیری بالای قطعات
• پایداری حرارتی و شیمیایی بالا
• زیست سازگاری و کاربرد در تولید گایدها و مدل‌های جراحی، پروتز و اورتز و داربست‌های مهندسی یافت.
• قابلیت ماشینکاری و پولیش و رنگ
• سرعت بالای تولید قطعات در تیراژ تولید تا ۵۰۰
• به صرفه در تولید تیراژ بالاتر نسبت به مابقی روش‌های پرینت سه بعدی

محدودیت‌های پرینتر سه بعدی SLS

• هزینه بالا برای کاربردهایی که نیاز به استحکام مکانیکی بالا ندارند
• دقت متوسط این روش نسبت به روش‌های دقیق‌تر مثل روش DLP و PolyJet
• عدم توانایی تولید قطعات به صورت توخالی مانند روش FDM

2. ذوب

این روش پرینت سه بعدی، همجوشی بستر پودری، ذوب پرتو الکترون و رسوب مستقیم انرژی را در بر می‌گیرد. در روش ذوب لیزر، قوس الکتریکی یا پرتوهای الکترونی را به کار می‌گیرند و به وسیله آن‌ها اشیا را چاپ می‌کنند. در این روش تمام مواد را با هم در دمای بالا ذوب می‌کنند.

ذوب پرتو الکترون پرینت سه بعدی، یک فرایند تولید سه بعدی است که در این روش یک پودر فلز توسط یک پرتو پر انرژی از الکترون‌ها ذوب می‌شود. یعنی یک پرتو الکترون جریانی الکترون تولید کرده که توسط یک میدان مغناطیسی هدایت می‌شود و لایه‌ای از فلز پودر شده ذوب شده و یک جسم مطابق با مشخصاتی که توسط یک مدل CAD به طور دقیق تعریف شده، ایجاد شود.

از نظر مکان تولید، تولید را باید در یک محفظه خلاء انجام داد تا از اکسیداسیون جلوگیری شود. زیرا اکسیداسیون می‌تواند مواد بسیار واکنش‌پذیر را به خطر بیاندازد. ذوب اشعه الکترون و ذوب لیزری انتخابی هر دو از یک پودر از بستر پرینتر سه بعدی چاپ می‌کنند و از این نظر به هم شباهت دارند اما EBM به جای لیزر از پرتو الکترونی استفاده می‌کند.

قطعاتی که EBM می‌سازد استحکام بالایی دارد که بیشترین استفاده را از خواص فلزات مورد استفاده در این فرآیند می‌برد. و البته ناخالصی‌هایی را که هنگام استفاده از ریخته‌گری فلزات یا استفاده از سایر روش‌های ساخت ممکن است جمع شود، حذف می‌کند. 

فرآیند ذوب پرتو الکترون

برای این فرایند ابتدا باید قسمتی که می خواهیم ایجاد کنیم را مدل‌سازی سه بعدی کنیم. می‌توان این مدل‌سازی را با استفاده از نرم‌افزار CAD انجام داد. می‌توانیم آن را با اسکن سه بعدی بدست آوریم یا مدل دلخواه خود را بارگیری کنیم. سپس مدل سه بعدی به یک نرم‌افزار برش، ارسال می‌شود که اسلایسر نیز نامیده می‌شود. که با توجه به لایه‌های فیزیکی پی در پی مواد رسوب شده آن را برش می‌دهد.

 سپس اسلایسر تمام این اطلاعات را مستقیماً به پرینتر سه بعدی ارسال می‌کند و روند تولید آغاز می‌شود. پودر فلزی را می‌توان در مخزن داخل دستگاه بارگیری کرد، که در لایه‌های نازکی که قبل از جوش خوردن توسط پرتو الکترون گرم می‌شوند، رسوب می‌کند. دستگاه این مراحل را تا آنجا که لازم است برای ایجاد کل قطعه تکرار می‌کند.

بعد از اینکه فرآیند تولید به اتمام رسید، اپراتور قطعه را از دستگاه خارج کرده و پودر ذوب نشده را به وسیله یک تفنگ یا قلم مو خارج می‌کند. همینطور بهتر است اگر از پایه‌های چاپ استفاده کرده‌ایم آن‌ها را برداشته و قطعه را از صفحه ساخت جدا کنیم. مراحل بعد از چاپ شامل ماشین‌کاری سطوح در تماس با سایر قطعات، پرداخت و غیره هستند. بعضی مواقع لازم است برای آزاد شدن تنش‌های ناشی از فرایند تولید قطعه را در کوره به مدت چند ساعت گرم کنیم.

توجه به این نکته ضروری است که کلیه مراحل تولید باید تحت خلاء انجام شود تا پرتو الکترون به درستی کار کند و همچنین از اکسید شدن پودر هنگام گرم شدن جلوگیری شود. در پایان فرآیند تولید، بخش بزرگی از پودر ذوب نشده مستقیما قابل استفاده مجدد است. به ویژه در بخش هوانوردی که اغلب اتفاق می‌افتد که تنها 20 درصد از مواد خریداری شده برای تولید قسمت نهایی استفاده می‌شود، بقیه با ماشین‌کاری حذف شده و برای بازیافت ارسال می‌شوند.

تفاوت‌های لیزر و پرتو الکترون

این دو فرایند تفاوت‌هایی داشته و هر دو دارای مزایا و محدودیت‌هایی هستند که به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت.

نقاط قوت

سرعت تولید: از این نظر پرتو الکترونی ارجحیت دارد و می‌تواند پودر را در چندین مکان به طور همزمان گرم کند که به طور قابل توجهی سرعت تولید را افزایش دهد. اما از سوی دیگر، لیزر باید نقطه به نقطه سطح را اسکن کند.

نقاط ضعف

دقت:  از این نظر لیزر ارجح است چون سطح پودر پرتو الکترونی، کمی گسترده‌تر از پرتو لیزر است که باعث کاهش دقت می‌شود.

اندازه قطعات قابل تولید: بزرگترین حجم ساخت (Arcam ) (در دستگاه Q20) نشان دهنده قطر 350 میلی‌متر و ارتفاع 380 میلی‌متر است. از سوی دیگر، دستگاه‌های لیزری (مانند X-Line of Concept Laser) حجم تولید را حداقل دو برابر بیشتر ارائه می‌دهند.

تفاوت بین ذوب اشعه الکترون (EBM) با ذوب لیزری انتخابی (SLM)

از نظر ذوب شدن بهم شباهت دارند. زیرا هر دو از یک پودر از بستر پودر چاپگر سه بعدی چاپ می‌کنند، اما ( EBM) به جای فوتون‌های مورد استفاده در فرایند (SLM ) از الکترون‌ها استفاده می‌کند. در ( EBM)، پرتو الکترونی با انرژی بالا، لایه‌های فلز پودر را ذوب می‌کند تا در خلاء شکل ایجاد کند. در (SLM )، یک پرتو لیزر که فوتون‌ها را ساطع می‌کند، به هم پیوسته یا لایه‌هایی از فلزات پودر شده را برای سفت شدن فلز متصل می‌کند.

 (SLM ) به محیط خلاء نیاز ندارد. فناوری ذوب پرتوهای الکترونیکی اختصاصی است و پرینترهای ( EBM) برای اجرای آن‌ها به تکنسین‌های ماهر نیاز دارند. ( EBM) می‌تواند بسیار سریعتر از (SLM ) (ذوب لیزری انتخابی) باشد، اما با این حال (SLM ) قطعات صاف و دقیق‌تری تولید می‌کند.

دمای مورد نیاز برای (EBM)

 (EBM) اغلب در فلزات با نقطه ذوب بالا استفاده می‌شود به همین دلیل، در فرآیند ذوب پرتو الکترون دما حداکثر 2000 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده است.

 تصفیه فلزات در حرارت بالا باعث افزایش اکسیداسیون می‌شود و محصول نهایی را شکننده می‎‌کند. انجام شدن فرایند ( EBM) در خلاء و ایجاد دمای بالا در محیط بدون اکسیژن باعث از بین بردن تنش‌های داخلی و در نتیجه ایجاد قطعات انعطاف‌پذیری می‌شود.

تفنگ پرتو الکترونی

تفنگ پرتو الکترونی دارای رشته‌ای از تنگستن است که در صورت گرم شدن بیش از حد، جریانی از الکترون‌ها را از خود ساطع می‌کند که در خلاء تقریباً به نصف سرعت نور می‌رسد.

جالب است بدانیم از آنجایی که (EBM) متکی به بارهای الکتریکی و دمای بسیار بالا است، می‌توان آن را فقط در مواد رسانا مانند فلزات استفاده کرد.

کدام یک برای نمونه‌سازی سریع بهتر است: SLS یا EBM؟

  پرتو الکترونی وسیع‌تر از پرتو لیزر است و به همین دلیل،  ( EBM) ممکن است قطعه ای کمتر از (SLS ) تولید کند اما در تولید اجسام بزرگتر سریعتر است.

3.استریولیتوگرافی

استریولیتوگرافی یا SLA یکی از روش‌های تولید افزایشی می‌باشد و به آن پرینت سه بعدی نیز گفته می‌شود. عملکرد آن به این گونه است که از طریق جامد کردن (curing) مواد حساس به نور مایع به صورت لایه به لایه و انتخابی طی عملیاتی به نام فوتوپلیمریزاسیون عمل می‌کند. در این روش با فوتوپلیمریزاسیون ایجاد قطعات امکان پذیر می‌شود. در فناوری استریولیتوگرافی از منبع نور استفاده می‌کنند تا مواد را با روشی انتخابی درمان و جامد کنند.

از استریولیتوگرافی به طور گسترده‌ای برای تولید مدل‌ها، نمونه‌سازی، الگوها و محصولات تولیدی محدوده‌ی وسیعی از صنایع، از مهندسی و طراحی محصول گرفته تا صنعت، جواهر سازی، دندان پزشکی، ساخت نمونه و اموزش استفاده می‌شود.

اولین بار فرایند SLA در اوایل سال 1970  توسط یک محقق ژاپنی به نام هیدوکوداما (Dr. Hideo Kodama)  پایه‌گذاری شد و توانست با استفاده از نور فرابنفش پلیمرهای حساس به نور را جامد کند و روش مدرن لایه به لایه استریولیتوگرافی را ابداع کند.

خود واژه استریلیتوگرافی توسط چارلز(Charles (Chuck) W. Hull) استفاده شد که توانسته بود این تکنولوژی را در سال 1986 تجاری سازی کند و به ثبت برساند.

انواع فیلامنت‌هایی که در پرینترهای سه بعدی استفاده می‌شوند

فیلامنت پرینت سه بعدی انواع خاصی از پلاستیک هستند که ترموپلاستیک نامیده می‌شوند  ترموپلاستیک‌ها اگر تا دمای مناسب گرم شوند انعطاف‌پذیر می‌شوند و به همین دلیل می‌توان برای تبدیل نوردها به محصول نهایی از فرآیند گرم کردن پلاستیک بهره جست. در پرینترها تعدادی رشته یا فیلامنت به چشم می‌خورد. این فیلامنت‌ها روی یک قرقره چاپگر سه بعدی قرار می‌گیرند و یک اکسترودر آن‌ها را از طریق نازل گرم شده هدایت می‌کند. سپس برای ساختن یک قطعه پرینت سه بعدی و لایه لایه از پلاستیک اکسترود شده استفاده می‌کنند. انواع فیلامنت‌ها و مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی متفاوت‌اند. ما در این بخش تعدادی از آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم:

• فیلامنت PLA

در میان فیلامنت‌ها فیلامنت PLA پرکاربردترین و پرمصرف ترین مواد در پرینت سه بعدی  به شمار می‌رود. فیلامنت پلی لاکتیک اسید (PLA) یک پلی استر ترموپلاستیک طبیعی و قابل بازیافت است که از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر به دست می‌آید. این نوع فلامت یکی از محبوب‌ترین متریال‌ها در ساخت لوازم پلاستیکی، از ظروف یکبار مصرف گرفته تا ایمپلنت‌های پزشکی است. فیلامنت PLA با توجه به خواص و ویژگی‌هایی که دارد امروزه به عنوان یکی از رایج‌ترین مواد اولیه پرینتر سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساخت مصنوعات با استفاده از PLA بسیار راحت بوده و قابل استفاده در انواع مختلفی از پرینترهای سه بعدی می‌باشد. در حال حاضر از این نوع فلامنت در صنایع به شکل گسترده‌ای استفاده می‌شود. پلی لاکتیک اسید (PLA)، از منابع آلی ساخته شده است؛ در حالی که انواع دیگر فیلامنت‌های پرینترهای سه بعدی از مواد نفتی ساخته می‌شوند. چاپ PLA بسیار آسان است و برای محیط‌زیست خطری محسوب نمی‌شود؛ اما از سوی دیگر بسیار شکننده است و در برابر اشعه ماوراء بنفش نمی‌تواند مقاومت کند. اصلی‌ترین ماده تشکیل دهنده فیلامنت PLA لاکتیک اسید است. لاکتیک اسید یا هیدروکسی پروپیونیک اسید نوعی اسید آلی هیدروکسیلی ضعیف و با مولکول‌های بسیار سبک می‌باشد. این ساختار، PLA را برای ساخت قطعات زیست تخریب‌پذیر با عمر 6 تا 12 ماه مناسب می‌سازد. اگرچه PLA در برابر گرما مقاومت کمی دارد و در معرض نور خورشید دچار انقباض می‌شود، اما استفاده از آن را در پرینتر سه بعدی سهولت می‌بخشد. فیلامنت PLA در دمای ۱۸۰ تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد آماده استفاده در چاپگر سه بعدی است.

فیلامنت PLA به ذاتا شفاف و نیمه بلور است. همچنین دمای ذوب آن 190 تا 220 درجه سانتی‌گراد بوده که در مقایسه با دمای ذوب 210 تا 260 درجه سانتی‌گراد فیلامنت ABS بسیار پایین‌تر است. این به این معناست که به هنگام چاپ الزامی برای استفاده از بستر چاپ وجود ندارد. بزرگ‌ترین عیب فیلامنت PLA را گرانروی بالای آن است که باعث مسدود شدن نازل چاپ پرینتر سه بعدی می‌شود.

فیلامنت PLA متریالی بسیار مناسب برای کاربردهای مختلف است. اگرچه خصوصیات مکانیکی آن نسبت به سایر فیلامنت‌ها کمی دلسرد کننده است، اما استفاده از آن در پرینتر سه بعدی به مراتب آسان‌تر است و تنوع رنگی بیشتری دارد. بنابراین از متریال PLA برای قطعاتی که تحت فشار یا کشش قرار نمی‌گیرند مانند نمونه سازی سریع و مدل‌سازی به وفور استفاده می‌شود.

فیلامنت PLA تنوع زیادی در رنگ و نوع دارد. این فیلامنت در رنگ‌ها و انواع گوناگونی عرضه می‌شود. برای مثال می‌توان نمونه‌های طرح چوب، شفاف، شب رنگ و … را نام برد که شکل‌های گوناگونی از همین فیلامنت هستند. البته برای این که این فیلامنت همچین ویژگی‌هایی را داشته باشد لازم است ترکیباتی به ماده اصلی اضافه شود که مواد اضافه شده، معمولا ناخالصی بیشتری را به فیلامت می‌دهند که می‌تواند منجر به گرفتگی نازل یا خرابی بلوک شود.

PLA نخستین بار در سال 1930 و توسط شیمیدان آمریکایی والاس کاروترز به جهان معرفی شد. اما در سال 1980 خواص و ویژگی‌های PLA مورد توجه قرار گرفت و تولید انبوه آن توسط شرکت آمریکایی Cargill آغاز گردید. همانطور که در بالا اشاره نمودیم، این نوع پلیمر ترموپلاستیک با تخمیر کربوهیدرات نشاسته ذرت یا نیشکر تولید می‌شود. برای این کار با آسیاب کردن ذرت، نشاسته را جدا کرده و با مونومرهای اسیدی یا لاکتیکی مخلوط می‌کنند. با این کار قند موجود در نشاسته ذرت یا گلوکز D شکسته می‌شود. سپس با تخمیر گلوکز اسید، لاکتیک که ماده اصلی فیلامنت PLA است تشکیل می‌گردد.

انواع متریال PLA در مدل‌های مختلف متفاوت می‌شود.

• رشته‌های چوب :PLA با افزودن چوب‌هایی مانند سرو، بامبو، چوب پنبه، کاج و گردو به مواد اصلی فیلامنت PLA، می‌توان ظاهری چوبی و طبیعی به محصول نهایی بخشید.
• رشته‌های فلزی :PLA با ترکیب فلزاتی چون برنج، مس، برنز، فولاد، آهن و برنز علاوه بر افزایش مقاومت فیلامنت، می‌توان محصولاتی با سطح براق و فلزی ساخت.
• انواع دیگر فیلامنت PLA: PLA در اشکال دیگری مانند کربن رسانا، فیبر کربن، قهوه برای عطر دار کردن فیلامنت نیز تولید می‌شود.
• فیلامنت رنگی: رشته‌های PLA در طیف وسیعی از رنگ‌ها تولید می‌شوند.

 ویژگی‌های اصلی این فیلامنت عبارت‌اند از:

• تاب برداشتن

PLA در حین چاپ، به آسانی خمیده نمی‌شود.

• حلال بودن

این فیلامنت در آب حل نمی‌شود؛ اما حلال در استون، متیل اتیل کتون و سود سوزآور است.

3. ساختار خشک و غیر منعطف
4. سازگار و قابل استفاده در اکثر پرینترهای سه بعدی
5. مقرون به صرفه
6. تنوع بالا در تولیدکنندگان
7. قابلیت پرداز و پولیش
8. ساخت قطعات با سطحی صاف و متوازن
9. پرینت سریع‌تر قطعات

معایب فیلامنت PLA

• مقاومت فیزیکی و انعطاف‌پذیری کم
• آسیب پذیر در برابر حرارت
• مسدود شدن نازل: همانطور که اشاره نمودیم، برای ایجاد تنوع و ویژگی‌ها و رنگ‌های متفاوت در فیلامنت PLA نیاز است که مواد مکملی به PLA افزوده شود. این مواد میزان ناخالصی PLA را افزایش می‌دهند. ناخالصی موجود در فیلامنت PLA احتمال مسدود شدن نازل و خرابی بلوک را افزایش می‌دهد.
• نیاز به فن خنک کننده: محصولاتی که با متریال PLA ساخته می‌شوند پس از اتمام فرایند چاپ باید با استفاده از فن خنک کننده سرد شوند.

 برای آن که محصول نهایی از کیفیت بالایی برخوردار باشد باید به نکاتی توجه داشت که یکی از مهمترین این نکات، تنظیم حرارت پرینتر سه بعدی متناسب با متریال مورد استفاده است. زیرا دمای بالاتر از حد تحمل باعث می‌شود فرم قطعه بهم خورده و لایه‌ها بر روی دیگر در حین پرینت تطابق نداشته باشند. بهترین دما برای استفاده از فیلامنت PLA در پرینتر سه بعدی 190 تا 220 درجه سانتی‌گراد است. به طور معمول بر روی قرقره فلامنت میزان مناسب دما درج شده است. استفاده از بستر گرم شونده یا Heated Bed برای اکثر فیلامنت‌ها ضروری و لازم است. عدم استفاده از بستر گرم شونده استحکام سطح تماس لایه‌ی نخست با صفحه چاپ را کاهش داده و باعث جدا شدن لبه‌های آن می‌گردد. اما فیلامنت PLA نیاز چندانی به بستر گرم شونده ندارد. با این وجود در صورتی که بستر گرم شونده را بر روی دمای 60 درجه سانتی‌گراد تنظیم کنید کیفیت چاپ افزایش می‌یابد.

• فیلامنت ABS

اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یکی‌دیگر از فیلامنت‌هایی است که کاربرد زیادی دارد. ABS رشته پلاستیکی مهندسی است که در عین ارزان بودن نسبت به بقیه متریال‌ها جنس بسیار سفت و سختی دارد و نسبت به فیلامنت PLA منعطف‌تر است. همین امر باعث شده تا در استفاده نهایی و قرارگیری در کالاهای مصرفی نقش بیشتری داشته باشد. همچنین قادر است دمای بسیار بالا را تحمل کند. این دمای بالا هم برای قسمت داغ و هم برای بستر چاپگر لازم و ضروری است. همه انواع ABS در طول چاپ تاب بر می‌دارند و همین ویژگی باعث دقت ابعاد ضعیف‌تر می‌شود. دو اشکال مهم در این نوع فیلامنت وجود دارد. اولین مورد سمی بودن بخار ناشی از ABS در حین چاپ می‌باشد که برای حل این اشکال می‌توان از تهویه‌ی مناسب در نزدیکی پرینتر استفاده نمود. دومین مورد فرآیند چاپ آن است که معمولا در مقایسه با PLA کمی چالشی‌تر بوده است. انقباض (Shrinkage) این متریال در حین چاپ باعث شده تا نیاز به داشتن Heat Bed در پرینت آن الزامی شود. می‌توان دمای صفحه گرم پرینتر را متناسب با مدل و توصیه‌های تولید کننده‌ی فیلامنت بر روی 60 الی 110 درجه سانتی‌گراد تنظیم نمود. دمای مناسب اکسترودر برای چاپ آن 220 الی 250 درجه می‌باشد.

ویژگی‌های اصلی و اساسی این فیلامنت عبارت‌اند از:

1. دوام

مقاومت ABS بسیار بالاست و می‌تواند به راحتی در برابر ساییدن و یا پاره شدن دوام بیاورد. این رشته سفت و سخت می‌تواند در برابر ضربه نیز مقاومت خوبی از خود نشان دهد.

2. حلال بودن

ABS از میان مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی نمی‌تواند در آب حل شود؛ اما قابلیت حل شدن در حلال‌های آلی را مانند استون، متیل اتیل کتون و استرها، دارد و می‌توان از این خاصیت حلالی جهت پرداخت و پولیشن سازه‌های چاپ شده استفاده کرد.

مقایسه ABS و PLA

1. مقاومت و انعطاف پذیری PLA در مقایسه با ABS کمتر است.
2. معمولا PLA در بازار مواد مصرفی پرطرفدارتر از ABS است، زیرا استفاده از PLA راحت‌تر است و متنوع‌تر.

• فیلامنت فیبر کربن

رشته‌های الیاف کربن مواد کامپوزیتی هستند که با تزریق قطعات فیبر کربن در یک پایه پلیمری، شبیه رشته‌های تزریق شده با فلز، اما در عوض با الیاف ریز، تشکیل می‌شوند. گاهی رشته‌های پرینترهای سه بعدی را با افزودنی‌های خاصی می‌سازند. این کار علاوه بر بهبود خواص مکانیکی فیلامنت‌ها، ظاهر بهتر و زیباتری به آن‌ها می‌بخشد. در حالی که مواد الیاف کربن واقعی دارای رشته‌های فیبر پیوسته طولانی هستند که مقاومت مکانیکی را بهبود می‌بخشند، این رشته‌ها حاوی ذرات کوتاهی به قطر حدود ۰.۰۱ میلی‌متر هستند.

اگرچه این برای بهبود مقاومت قطعات چاپ شده کافی است، به خاطر داشته باشید که چنین رشته‌هایی نمی‌توانند با مواد واقعی مقایسه شوند. برخی از انواع فیلامنت‌های پرینت سه بعدی معمولی را پیش‌تر بررسی کردیم که عبارت‌اند از: PETG، PLA یا ABS. در ادامه از ABS برای مثال زدن استفاده می‌کنیم. رشته‌های پر شده با فیبر کربن نسبت به ترموپلاستیک‌های پر نشده، خواص مکانیکی بهتری دارند. ابعاد آن‌ها نیز ثابت است. این فیلامنت‌ها مقاومت بالایی ندارند و به آسانی مسدود می‌شوند.

برخی از ویژگی‌های کلیدی فیبر کربن شامل این موارد می‌شوند:

1. دوام

می‌توان فیبر کربن را به فیلامنت‌های ABS اضافه کرد و دوامشان را بهبود بخشید.

2. تاب برداشتن

افزودن فیبر کربن به ABS باعث کم شدن میزان تاب خوردگی آن می‌شود.

3. حلال بودن

ABS هایی که با فیبر کربن پر می‌شوند، قابلیت حل شدن در حلال‌های آلی را مانند استون، متیل اتیل کتون و استرها دارند.

نتیجه‌گیری

پرینترهای سه بعدی با سه فناوری عمده کار می‌کنند که عبارت‌اند از تف جوشی لیزری، ذوب و استریولیتوگرافی. نحوه کار این دستگاه‌ها در هر سه فناوری متفاوت است. همچنین مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی شامل فیلامنت‌هایی نظیر PLA و ABS می‌شوند. از مواد دیگر این دستگاه‌ها می‌توانیم به فلزات نیز اشاره کنیم. در این مقاله درمورد فناوری‌های گوناگون پرینترهای سه بعدی و انواع فیلامنت‌های آن مطالبی را بیان نمودیم.

 

امروزه با توجه به توسعه صنعت غذا و نوشیدنی، تقاضا برای تولید غذا‌های فرآوری شده نیز به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بسیاری از این مواد غذایی فرآوری شده به دلایل مختلفی مانند طعم بهتر و امکان نگهداری در طولانی مدت، به اسید و مواد اسیدی نیاز دارند. در واقع اسیدها در برخی از مواد غذایی تولید شده به عنوان نگهدارنده و در برخی دیگر به عنوان تقویت کننده طعم مورد استفاده قرار داده می‌شوند. در مقاله پیش رو نگاهی به چند مورد از متداول ترین اسیدهای خوراکی استفاده شده در صنایع غذایی و نوشیدنی می‌اندازیم. برای آشنایی بیشتر با این افزودنی‌های مجاز و خوشمزه تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.

اسید‌های خوراکی

از رایج‌ترین اسید‌های خوراکی می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود که در ادامه توضیحات کامل در مورد هریک از آن‌ها آورده شده است.

• اسید سیتریک
• اسید اسکوربیک
• اسید استیک
• اسید فوماریک
• اسید لاکتیک
• اسید فسفریک
• اسید مالیک
• اسید تارتاریک
• اسید بنزوئیک
• اسید هیدرواستیک
• اسید آدیپیک
• اسید کاپریلیک
• اسید پروپیونیک
• اسید سوکسینیک
• اسید اگزالیک

• اسید سیتریک (Citric Acid)

اسید سیتریک یا جوهر لیمو با فرمول شیمیایی C₆H₈O₇ از جمله اسیدهای خوراکی است که بیشترین استفاده را در صنایع غذایی و آشامیدنی دارد. این اسید در گذشته از مرکباتی همچون لیمو ترش و شیرین استخراج می‌شد، اما هم‌اکنون می‌توان آن را به صورت تجاری و با کمک فرآیند تخمیر نیز تولید کرد. اسید سیتریک از گروه اسیدهای کربوکسیلیک است. نقش اصلی آن در بدن چرخه اسید سیتریک است كه در تمام سلول‌ها رخ می‌دهد وشامل فرآیند آزادسازی انرژی تجزیه شده از چربی‌ها، كربوهیدرات‌ها و قندها است.

اسید سیتریک یک افزودنی مجاز برای متعادل کردن طعم تند مواد غذایی به شیرینی است و برای طعم دادن به نوشیدنی‌های سرد و ایجاد شرایط بهینه برای تشکیل دسرها، ژله‌ها و افزایش مدت نگهداری مرباها، کاربرد گسترده‌ای دارد. همچنین این اسید در نوشیدنی‌های گازدار با سدیم بی‌کربنات مخلوط می‌شود. اسید سیتریک یک امولسیفایر است و به بستنی و لیموناد بافت مطلوبی می‌دهد.

• اسید آسکوربیک (ascorbic acid)

اسید اسکوربیک با فرمول شیمیایی C₆H₈O_۶ که به عنوان ویتامین C شناخته می‌شود یک جزء ضروری از یک رژیم غذایی سالم است. انسان نمی‌تواند ویتامین C را تولید یا ذخیره کند و باید آن را از منابع بیرونی تهیه کند. ویتامین C برای بسیاری از عملکردها از جمله بهبود زخم، جلوگیری از عفونت، کمک به جذب آهن و ارتقای سلامت پوست، استخوان‌ها و بافت مهم است. این اسید یک ترکیب آلی طبیعی با خواص آنتی‌اکسیدانی است. حل شونده در آب می‌باشد و از نیازهای غذایی انسان است که کمبود آن موجب بیماری اسکوربوت می‌شود. هنگامی که میوه در معرض اکسیژن قرار دارد، فرایند اکسیداسیون آغاز می‌شود. این فرایند باعث قهوه‌ای شدن میوه می‌شود، و میوه‌ای که قهوه‌ای شود یا باید دور ریخته شود یا اینکه توسط مشتریان رد شود. استفاده از اسید اسکوربیک در این محصولات، فرایند اکسیداسیون را کند می‌کند. این اسید به عنوان یک ماده نگهدارنده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• اسید استیک (Acetic Acid)

اسید استیک یا جوهر سرکه یا انگور با فرمول شیمیایی C₂H₄O_۲ نوعی دیگر از اسیدهای خوراکی است که از روی بوی تند خود شناخته می‌شود. این اسید در سرکه وجود دارد و معمولا از آن در صنعت ترشی‌سازی استفاده می‌شود. اما از آنجایی که سرکه‌های معمولی به طور طبیعی تخمیر می‌شوند، PH متغیری دارند. بنابراین برای نگهداری و حفظ کیفیت ترشی‌های صنعتی مناسب نیستند. به همین دلیل کارخانجات تولید کننده ترشی از اسید استیک برای تولید محصولات خود استفاده می‌کنند. این اسید به عنوان طعم‌دهنده در محصولات قنادی نیز کاربرد دارد. این اسید جزء اسیدهای کربوکسیلیک است و در میان اسیدهای ضعیف قرار می‌گیرد.

• فوماریک اسید (Fumaric Acid)

فوماریک اسید با فرمول شیمیایی C₄H₄O₄ یکی از معروف‌ترین اسیدهای خوراکی است که طعمی بسیار قوی دارد. اما از آنجایی که زیاد محلول نیست، کاربردهای محدودی در صنایع غذایی و نوشیدنی دارد. از این اسید معمولا در مخلوط چیز کیک، پودر دسرها که حاوی ژلاتین است و نوشیدنی‌های پودری استفاده می‌شود. طعم قوی و قیمت مناسب اسید فوماریک آن را به گزینه‌ای عالی برای تهیه خوراک مناسب حیوانات نیز تبدیل کرده است. این اسید هم طعمی ترش دارد و طعم‌دهنده مصنوعی محصولاتی مانند چیپس سرکه‌ای است.

• اسید لاکتیک (Lactic Acid)

از اسید لاکتیک با فرمول شیمیایی C₃H₆O₃ معمولا برای تولید شیرینی‌ها و غذاهای ترش استفاده می‌شود. همچنین از جمله اسیدهای خوراکی است که به صورت ماده خام برای ساخت امولسیفایر در صنعت نانوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این افزودنی مجاز به صورت مصنوعی و از طریق فرآیند تخمیر تولید می‌شود. نوع دیگری از اسید لاکتیک نیز وجود دارد که معمولا شرکت‌های تولید کننده مواد شیمیایی از آن استفاده می‌کنند. این اسید از شیر ترش گرفته شده است و طعم ملایمی دارد. این اسید هم از گروه اسیدهای کربوکسیلیک است.

• اسید فسفریک (Phosphoric Acid)

پس از اسید سیتریک، اسید فسفریک با فرمول شیمیایی H₃PO₄ دومین افزودنی رایج در صنایع غذایی و نوشیدنی‌هاست. این مدل از اسیدهای خوراکی در تولید نوشیدنی‌های کولا که طرفداران بسیاری در سراسر دنیا دارند و به‌طور گسترده فروخته می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اسید فسفریک به خاطر طعم گزنده و تندی که دارد طعم کولا را تکمیل می‌کند. به همین دلیل بسیار شناخته شده و محبوب است.

• اسید مالیک (Malic Acid)

اسید مالیک یا جوهر سیب با فرمول شیمیایی C₄H₆O₅ به طور طبیعی در گوجه ‌فرنگی، سیب، موز، گیلاس و سایر محصولات طبیعی پیدا می‌شود. کاربرد این افزودنی غذایی مجاز مشابه اسید سیتریک است و عموما برای تهیه نوشیدنی‌هایی با کالری پایین استفاده می‌شود. با این حال، در مقایسه با اسید سیتریک کمی گران‌تر است. به همین دلیل محصولات حاوی این افزودنی مجاز، با قیمت بالاتری به فروش می‌رسند. این اسید هم مانند اسید سیتریک در دسته اسیدهای کربوکسیلیک قرار دارد.

• اسید تارتاریک (Tartaric Acid)

اسید تارتاریک با فرمول C₄H₆O₆ از جمله اسیدهای خوراکی‌ای است که در گذشته بسیار مورد استفاده قرار می‌گرفت. اما در حال حاضر این افزودنی مجاز با اسید سیتریک جایگزین شده است. رایج‌ترین کاربرد اسید تارتاریک ماده اولیه برای تولید امولسیفایرهای بهبود دهنده نان است. این مدل از اسید خوراکی را می‌توان به هر دو صورت مصنوعی و طبیعی تولید کرد. این اسید نوعی آنتی‌اکسیدان است و مزه‌ای ترش به غذا می‌دهد. اسید تارتاریک در میوه‌هایی مانند موز، انگور و تمرهندی یافت می‌شود.

• اسید بنزوئیک (Benzoic acid)

یکی از مشتقات بنزن است که به آن بنزوات سدیم یا نمک اسید بنزوئیک نیز می‌گویند. بنزوئیک اسید، (C_۷H_۶O_۲ (C_۶H_۵COOH، یک ترکیب بلوری بی‌رنگ (سفید دیده می‌شود) است. بنزوئیک اسید ساده‌ترین کربوکسیلیک اسید آروماتیک نیز می‌باشد. این اسید یک ماده نگهدارنده است و نمونه‌هایی از غذاهایی که حاوی مقادیر زیادی از این نمک هستند شامل سس و ترشی است. علاوه بر استفاده از آن به عنوان افزودنی غذایی، تولید کنندگان از اسید بنزوئیک در تولید طعم‌های مصنوعی، رایحه و به عنوان تنظیم کننده pH استفاده می‌کنند. تعدادی از غذاها حاوی اسید بنزوئیک هستند. به طور طبیعی در انواع توت‌ها و میوه‌های دیگر مانند آلو خشک، آلو، زغال‌اخته وجود دارد. علاوه بر این، دارچین و زغال‌اخته حاوی مقادیر زیادی اسید بنزوئیک هستند. 

• هیدرو استیک اسید(Dehydroacetic acid)

Dehydroacetic acid  با فرمول شیمیایی C 8 H 8 O 4 برای تغییر اسیدیته کمپوت‌های میوه، ذرت، کمپوت انجیر که به طور مصنوعی شیرین شده، کمپوت هلو و کنسرو لوبیا، ژله میوه‌ای که به طور مصنوعی شیرین شده، نگهدارنده میوه، ترش، گوشت و محصولات گوشتی و مرغ می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. دهیدرواستیک اسید یکی از بالاترین مقدار ثابت تفکیک اسیدهای آلی خوراکی را داراست و در محدوده pH های بالا از سایر اسیدها موثرتر است.

• آدیپیک اسید (Adipic acid)

 آدپیک اسید یا هگزان دی‌اوئیک اسید با فرمول C۶H۱۰O۴ می‌باشد. این ماده به صورت پودر جامد کریستالی، دی‌اوئیک اسید، و سفید رنگ و بی‌بو می‌باشد و قابل حل شدن در آب، الکل و استون می‌باشد. عامل کنترل کننده pH، بهبود دهنده طعم و از افزودنیهای آرد و محصولات پودری است که دارای پایینترین اسیدیته را در هر اسیدهای غذایی است. می‌تواند در روغن‌ها استفاده شود و ویژگی‌های ذوب را بهبود ببخشد و از طرفی می‌تواند باعث بهبود بافت پنیر شود. در پودینگ و ژلاتین نیز برای بهبود مجموعه مواد و حفظ اسیدیته در محدوده‌ای معین استفاده می‌شود. آدیپیک اسید چهار تا پنج برابر محلول‌تر از اسید فوماریک در دمای اتاق است و دارای کمترین اسیدیته هر اسید غذایی است. آدپیک اسید همراه با متابی سولفیت سدیم می‌تواند به عنوان نگهدارنده سوسیس و سایر محصولات گوشتی استفاده شود.

• کاپریلیک اسید (Caprylic acid)

کاپریلیک اسید اسید چربی با فرمول شیمیایی C_۸H_۱۶O_۲ را می‌توان به عنوان یک عامل طعم دهنده و مواد افزودنی، کنترل کننده pH، تثبیت کننده، روان کننده و ضدعفونی کننده استفاده کرد. این ماده را می‌توان به عنوان عامل ضد میکروبی در کاغذی که روی پنیرهای بسته‌بندی است، بکار برد. شکل ظاهری این ترکیب، مایع روغنی بی‌رنگ است.

کاپریلیک اسید یک نوع اسید چرب اشباع مفید است که دارای خواص ضد باکتری، ضد ویروسی، ضد قارچی و ضد التهابی است. در غذاهایی مانند نارگیل و روغن نارگیل، شیر گاو و شیر مادر باعث پیشگیری از:

• عفونت‌های دستگاه ادراری
• عفونت‌های مثانه
• بیماری‌های منتقله از راه جنسی
• عفونت‌دهان مانند گینویویت و بسیاری از شرایط دیگر

• پروپیونیک اسید (Propionic acid)

یک کنترل کننده pH، آنتی اکسیدان، بهبود دهنده طعم و تقویت کننده طعم با فرمول شیمیایی C_۳H_۶O_۲ است. اسید پروپیونیک می‌تواند به عنوان طعم دهنده، عامل ضد قارچ برای کنترل رشد کپک بر روی سطح پنیر و بافر و مهار تشکیل طناب در محصولات پخته شده استفاده می‌شود. شکل ظاهری این ترکیب، مایع بی‌رنگ است. دارای بوی ترشیدگی و تعفن تند است. بخار تحریک کننده ایجاد می‌کند.

• سدیم دی‌استات (Sodium diacetate)

یک کنترل کننده pH، نگهدارنده، طعم دهنده و بهبود دهنده طعم با فرمول مولکولی NaH (C2H3O2) 2 است. دی‌استات سدیم می‌تواند به عنوان یک ماده نگهدارنده در کره و مواد بسته‌بندی شده، عامل کنترل pH و طعم دهنده استفاده می‌شود. سدیم دی‌استات مانع از تولید کپک نان و باکتری‌های به شکل طناب در محصولات نانوایی می‌شود و اثر کمی بر روی مخمر نان دارد.

• سوکسینیک اسید (Succinic acid)

یک عامل تقویت کننده طعم و عامل کنترل pH با فرمول مولکولی C4H6O4 است. می‌تواند برای تغییر اسیدیته شیر، اسیدیته شیر کم‌چرب و شیر بدون چربی بکار برده شود برای بهبود انعطاف پذیری خمیر و کمک به تولید چربی‌های خوراکی با خواص حرارتی مورد نظر آن را به راحتی با پروتئین‌ها ترکیب می‌کنند. همچنین در تهیه ژله و طعم دهنده کیک از آن استفاده می‌شود.

• گلوکونو دلتا لاکتون (Glucono-delta-lactone)

یک عامل کنترل کننده pH، بهبود دهنده طعم و از افزودنی‌های آرد و محصولات پودری است. این ماده با فرمول مولکولی C6H10O6 با ساختاری حلقوی شناخته می‌شود. گلوکونو دلتا لاکتون اسیدی آلی و طبیعی است که در مواد غذایی تخمیری همچون عسل یافته می‌شود. این ماده به دلیل کاربردهای فراوان صنعتی، تولید تجاری گسترده‌ای دارد. از مزایا کاربرد گلوکونو دلتا لاکتون غیر سمی بودن آن است. درصورت تولید گلوکونو دلتا لاکتون با روشی ایمن، می‌توان این ماده را در صنایع غذایی استفاده نمود.

• اسیدهای خوراکی موجود در سبزیجات

بسیاری از اسیدهای موجود در سبزیجات در میوه‌ها نیز وجود دارند . تفاوت اصلی این است که سبزیجات در ترکیباتشان به اندازه اسیدی نیستند، در صورت مبارزه با ریفلاکس اسید یا اسیدیته بالای معده، آن‌ها را به یک منبع بالقوه امن‌تری از اسیدهای کلیدی تبدیل می‌کند.

مقداری تلاقی در اسیدهای آلی موجود در غذا وجود دارد. هر دو میوه و سبزیجات شامل اسید سیتریک (در گوجه‌فرنگی، فلفل کاین و حتی کاهو)، اسید اگزالیک و اسید بنزوئیک (قدیمی‌ترین نگهدارنده غذایی شناخته شده) هستند. سبزیجاتی که به طور طبیعی اسیدیته کمی دارند شامل موارد زیر است: مارچوبه، لوبیا، ذرت، خیار، سیر، لوبیا سبز، کاهو، کلم‌پیچ، کلم، اسفناج، پیاز، نخودفرنگی، کدو تنبل، کدو سبز

• اسید اگزالیک (Oxalic acid)

اسید اگزالیک یک ترکیب آلی با فرمول :C2H2O4 است. این اسید یک جامد کریستالی بی‌رنگ است که در آب حل می‌شود و محلول حاصل بی‌رنگ است. این اسید جزو اسیدهای دی کربوکسیلیک طبقه‌بندی شده‌است. از لحاظ قدرت اسیدی، بسیار قوی‌تر از اسید استیک است. با نام شیمیایی اسید اتاندیوئیک نیز شناخته می‌شود ،یکی از اسیدهای خوراکی است که به طور طبیعی در طیف وسیعی از سبزیجات یافت می‌شود. هنگامی که در دوزهای بالا مصرف شود، خاصیت خورنده و سفید مانند ایجاد می‌کند. خوشبختانه، این ماده فقط به مقدار کمی در سبزیجات یافت می‌شود. اگزالاتها به دلیل اتصال به تقریباً هر ماده معدنی در بدن شناخته می‌شوند که به دلیل حلالیت در آب این ترکیبات معمولاً مشکلی ایجاد نمی‌کنند. با این حال، هنگامی که اگزالات‌ها با کلسیم پیوند می‌یابند، به دلیل حالت نزدیک به نامحلول، حرکت اکسالات کلسیم از طریق بدن تقریباً غیرممکن است. سبزیجات سرشار از اسید اگزالیک عبارتند از: خیار، سیب‌زمینی و جوانه‌ها بیشترین غلظت در سبزیجات تیره و برگ مانند اسفناج، کلم پیچ و کلم بروکلی وجود دارد.

ایمنی و عوارض جانبی اسید اگزالیک

اسید بنزوئیک چندین عارضه جانبی مرتبط با استفاده از آن دارد. بالاترین گروه‌های خطر برای تجربه این عوارض جانبی شامل کودکان، افراد حساس به آسپرین و افرادی که دارای بیماری‌های کبدی مانند هپاتیت هستند. از عوارض جانبی اسید بنزوئیک می‌توان به تحریک دستگاه گوارش، آسم، بثورات و خارش و تحریک پوست و چشم اشاره کرد.

سوالات متداول

• اثرات منفی غذاهای اسیدی چیست؟

رژیم غذایی که از غذاهای اسیدی بیش از حد مجاز پیروی می‌کند برای سلامت انسان‌ها بسیار مضر است. این رژیم غذایی ممکن است باعث بیماری‌هایی چون سنگ کلیه، سرطان و بیماری‌های قلبی و ریوی شود. به علاوه مقدار اسید بالا در غذاها باعث تحلیل استخوان‌ها و عضلات و همچنین آسیب به دندان‌ها می‌شود.

• اثرات منفی اسیدهای خوراکی روی استخوان‌ها چیست؟

استخوان‌ها حاوی کلسیم هستند و بدن برای برقراری تعادل pH خون، آن را مصرف می‌کند. به همین دلیل غذاهای اسیدی باعث تحلیل عضلات و استخوان‌ها می‌شوند. برای مثال اسید فسفریک که در نوشابه‌های تیره‌تر بیشتر یافت می‌شود، باعث کاهش تراکم استخوان‌ها می‌شود.

• اثرات منفی اسیدهای خوراکی روی دندان‌ها چیست؟

این اسیدهای خوراکی برای سلامت دندان‌ها نیز مضر هستند و باعث ضعیف شدن مینای دندان‌ها می‌شوند. پس از خوردن یا آشامیدن هر نوع اسید خوراکی، مینای دندان‌ها برای مدت زمان کوتاهی نرم‌تر می‌شود و مقداری از مواد معدنی خود را از دست می‌دهد. بزاق دهان، این حالت اسیدی را به آرامی از بین می‌برد و دهان را به حالت عادی خود برمی‌گرداند. حال اگر این حمله‌های اسیدی به مینای دندان افزایش یابد، دهان فرصت بهبودی پیدا نکرده و به تدریج مینای دندان از بین می‌رود. اولین علامت فرسایش دندان‌ها و حساس شدن آن‌ها است.

• اسیدهای خوراکی چه مزه‌ای دارند؟

همانطور که مشاهده شد،‌ اکثر اسیدهای خوراکی در میوه‌های ترش مانند لیمو،‌ گریپ فروت، پرتقال و… هستند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت اکثر اسیدهای خوراکی مزه ترش دارند.

• قوی‌ترین اسید خوراکی چیست؟

اسید فوماریک قوی‌ترین و ترش مزه‌ترین اسید در بین اسیدهای خوراکی است. در آبنبات، طعم ترش ماندگاری ایجاد می‌کند زیرا به راحتی اسیدهای دیگر حل نمی‌شود. مقدار کمی اسید فوماریک به طور طبیعی در سیب، لوبیا، هویج و گوجه فرنگی وجود دارد.

• آیا اسیدهای خوراکی تلخ هستند؟

خیر- اکثر اسیدهای خوراکی طعم ترش دارند و طعم تلخ مربوط به ترکیبات بازی است.

• آیا همه اسیدهای خوراکی مضر هستند؟

اسیدهای آزمایشگاهی برای طعم دهندگی بسیار خطرناک هستند، اما بعضی از اسیدهای ضعیف رقیق را می‌توان خورد. اسیدها دارای طعم ترش هستند، مانند سرکه که حاوی اسید اتانوئیک و لیمو که حاوی اسید سیتریک هستند. این‌ها برای استفاده در مواد غذایی مشکلی ندارند، اما اگر آن‌ها به چشمان برخورد کنند، می‌توانند آسیب برسانند.

• چه مواد غذایی، در بدن اسید تولید می‌کنند؟

غذاهایی مانند ماهی و غذاهای دریایی، گوشت‌های تازه و گوشت‌های فراوری شده، غذاهای فراوری شده با سدیم بالا، بعضی از غذاهای نشاسته‌ای مثل برنج قهوه‌ای، نوشیدنی‌های گازدار و بعضی از محصولات لبنی مانند پنیر از جمله غذاهایی هستند که تمایل به ایجاد اسید در بدن دارند. یک رژیم غذایی سالم که مقدار اسید کمتری داشته باشد رژیمی شامل میوه‌ها، سبزیجات، غلات کامل و پروتئین‌های گیاهی مثل لوبیا و عدس است.

• اسیدهای خوراکی مضر چیست؟

این اسیدها شامل اگزالیک اسید، بنزوئیک اسید، فسفریک اسید، اوریک اسید و تانیک اسید است. این اسیدهای غذایی برای تندتر شدن طعم‌های غذایی به غذا اضافه می‌شوند. اسیدهای موجود در غذاها علاوه بر افزودن طعم ملایم به عنوان آنتی اکسیدان و نگهدارنده نیز عمل می‌کنند. این ترکیبات که به عنوان اسیدهای مضر شناخته می‌شوند در مواد غذایی مانند چای، کاکائو، فلفل، ریواس، اسفناج و… یافت می‌شوند.

• اسیدهای خوراکی مفید چیست؟

این مواد تنها اسیدهای خوراکی هستند که در اسیدهای افزودنی غذایی یافت می‌شود. وجود این ترکیبات در مواد غذایی منجر به ایجاد مزه ترش می‌شود. از جمله آن‌ها می‌توان به سیتریک اسید، مالئیک اسید و تارتاریک اسید اشاره کرد که در میوه‌هایی مانند زغال‌اخته، توت، بلوبری، آلو، گیلاس و سایر میوه‌های دانه‌دار وجود دارد.

نتیجه‌گیری

در این مقاله شما را با 7 مورد از اسیدهای خوراکی پرکاربرد و رایج در صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها آشنا کردیم. تمام این اسید‌ها، اسیدهای ضعیف هستند و در انواع خوراکی‌ها استفاده می‌شوند. این اسیدها را نمی‌توان به طور دقیق از قوی به ضعیف دسته‌بندی کرد و میزان pH آن‌ها به طور دقیق مشخص نیست. ترتیب این اسید‌ها از قوی به ضعیف عبارتند از: اسید فسفریک، اسید لاکتیک، اسید استیک، اسید سیتریک، اسید تارتاریک، اسید فوماریک و مالیک اسید. همانطور که گفته شد این افزودنی‌های مجاز علاوه بر متعادل‌تر کردن طعم محصولات و خوراکی‌های فرآوری شده، موجب حفظ کیفیت آن‌ها در طولانی مدت می‌شوند و خاصیت نگهدارندگی دارند. اگر قصد خرید اسیدهای خوراکی و استفاده از آن‌ها در مواد غذایی خود دارید، مطمئن شوید که آن‌ها را از یک تامین کننده معتبر تهیه می‌کنید.

ما در جامعه‌ای زندگی می‌کنیم که به طرز شگفت‌انگیزی تحت سلطه فناوری است و هر چه می‌گذرد این تسلط بیشتر می‌شود. همین امر موجب شده است که انسان برای رسیدن به اهداف خود در این زمینه از طبیعت بهره ببرد. برای مثال امروزه در انواع دستگاه‌های الکترونیکی از منابع معدنی و فلزی استفاده می‌شود. این موضوع طبیعتا کاهش تدریجی این منابع را در پی دارد و موجب می‌شود بازیافت قطعات الکترونیکی برای به دست آوردن فلزات ارزشمند مانند طلا، نقره، پالادیوم و ... از ضروریات تلقی شود. طلا خاصیت رسانایی بالایی دارد و همین خاصیت آن را به یکی از فلزات محبوب برای استفاده در مدارها و بردهای الکترونیکی بدل کرده است. در این مقاله قصد داریم شما را با نحوه استخراج طلا از بردهای (قطعات) الکترونیکی آشنا کنیم.

علت استفاده از طلا در بردهای الکترونیکی چیست؟

آمار نشان داده است که در معدن‌های طلا معمولا 20 الی 30 تن طلا وجود دارد. اگر کمی محاسبه انجام دهیم، متوجه می‌شویم که در یک کیلو از قطعه ساده موبایل یا کامپیوترها، چیزی حدود 1 الی 3 گرم طلا یافت می‌شود. البته هرچه دستگاه کوچک‌تر باشد، یافتن طلا در آن کاهش پیدا می‌کند. وسایل الکترونیکی به طور کامل از طلا ساخته نشده‌اند؛ اما این فلز در برخی از اجزاء آن‌ها به چشم می‌خورد. در ادامه دلایل این موضوع را برایتان بررسی می‌کنیم:

• رسانایی الکتریکی بالا

یکی از خواص طلا قدرت آن در هدایت الکتریکی است. این فلز ارزشمند رسانایی بالایی دارد؛ یعنی الکتریسیته به آسانی می‌تواند با حداقل مقاومت از آن عبور کند. فلزات دیگر نیز مانند مس، نقره و آلومینیوم این ویژگی را دارند؛ اما رسانایی الکتریکی طلا از تمام آن‌ها بالاتر است. در صورتی که طلا از اجزاء قطعات الکترونیکی باشد، به الکتریسیته اجازه می‌دهد تا با کمترین مقاومت به دستگاه وارد و از آن خارج شود.

• استفاده آسان

یکی دیگر از دلایل استفاده از طلا در قطعات الکترونیکی این است که برخلاف ظاهر، کار با آن آسان است. بسیاری از مردم تصور می‌کنند که طلا فلزی سفت، سخت و قوی است؛ اما این تصور درست نیست. این فلز نرم و انعطاف‌پذیرتر از آن است که به نظر می‌آید. این ویژگی باعث می‌شود که بتوان آن را به راحتی در لوازم الکترونیکی کوچک گنجاند.

• مقاوم در برابر تیرگی

فواید بهره‌مندی از طلا در ساخت بردهای الکترونیکی تنها به موارد گفته شده محدود نمی‌شود. این فلز ارزشمند در برابر کدر شدن نیز بسیار مقاوم است و حتی اگر برای مدت زمان طولانی در معرض هوای آزاد قرار بگیرد، با اکسیژن ترکیب نمی‌شود. این موضوع در میزان تیره شدن اهمیت زیادی دارد؛ زیرا در اصل اکسیژن است که علت اصلی کدر شدن و زنگ زدگی به شمار می‌رود.

در چه بردهایی طلا وجود دارد؟

شرکت‌های سازنده از فلز طلا در بردها استفاده می‌کنند و بردها هر چقدر حساس‌تر باشد، مقدار طلایی که در این برد استفاده می‌شود، بیش‌تر است. برای مثال در سی‌پی‌یوها پایه زرد رنگی وجود دارد که همان طلا است. در دیتاها و انتقال اطلاعاتی که در سی‌پی‌یو رخ می‌دهد، نیاز است از فلز طلا استفاده شود تا بهترین خروجی گرفته شود. شرکت‌های سازنده به این دلیل از فلز طلا در بردها استفاده می‌کنند. پس در این صورت اولین قطعاتی که می‌توان از آن طلا استخراج کرد، سی‌پی‌یو است. سی‌پی‌یو ها هر چقدر قدیمی‌تر باشند می‌توان مقدار طلای بیشتری استخراج کرد و همچنین یک سری از سی‌پی‌یوها مانند کف طلا، سرامیکی و ... مقدار طلای بیشتری دارند. بردهای مخابراتی نیز مدل‌های مختلفی دارد و روکش زرد رنگی که روی برد مخابراتی وجود دارد، طلا است. از بردهایی که کیفیت بالاتری دارند می‌توان حداقل 2 الی 3 گرم طلا استخراج کرد. برد دیگری که در آن طلا وجود دارد، گوشی موبایل است.

باید اشاره کرد که بردها دارای دو مدل اصلی و درجه دوم هستند. بردهای اصل به بردهایی گفته می‌شود، که از طلا تهیه شده باشند که جزء بردهای با کیفیت به شمار می‌رود. برد دیگری هم وجود دارد که به آن هندی می‌گویند یا در واقع به برد فیک هم شناخته می‌شود، که به لحاظ کیفیت پایین هستند. در این بردها به جای طلا از کربن استفاده شده و مقدار استخراج کردن طلا از این برد نسبت به بردهای اصل پایین‌تر است.

نحوه استخراج طلا از بردهای الکترونیکی

شما در صورتی که دانش و اطلاعات ابتدایی از علم شیمی داشته و با خطرات این کار کاملا آشنا باشید، می‌توانید پس از تهیه تجهیزات حفاظتی مناسب (عینک، دستکش و روپوش) و فضایی که تهویه مطمئنی دارد، اقدام به استخراج طلا از بردهای الکترونیکی کنید. برای این کار لازم است که این مراحل را دنبال کنید:

جمع‌آوری ضایعات

طلای گوشی‌ها بیشتر در قسمت‌های سیم کارت، برد اصلی و قطعات کوچک‌تر پشت صفحه نمایش LCD یافت می‌شود. برای جداسازی طلا از این قطعات فولادی با روکش طلا از آهنربا استفاده کنید.

جداسازی بردها

بردهای مدار را در ظرفی شیشه‌ای بگذارید. در ظرف دیگر دو قسمت اسید کلریدریک و یک قسمت پراکسید هیدروژن ضعیف (با غلظت سه درصد) را با هم ترکیب کنید. مخلوط به دست آمده را روی تخته‌های مدار بریزید به طوری که به طور کامل در آب فرو روند. پس از انجام این مراحل لازم است که یک هفته صبر کنید و هر روز آن را با یک میله شیشه‌ای یا پلاستیکی هم بزنید. پس از گذشت زمان اسید تیره می‌شود و تکه‌های طلا از ضایعات جدا می‌شوند.

استفاده از روش SMB 

در این روش برای مراحل استخراج طلا، از بردهای الکترونیکی، از بی‌سولفات سدیم استفاده می‌شود. با افزودن این ماده رنگ محلول دچار تغییر می‌شود. سپس پودر قهوه‌ای رنگی در این محلول رسوب می‌کند. این پودر در واقع طلای 24 عیار است. در ادامه باید این محلول را از صافی بگذرانید که فقط ذرات طلا باقی بماند. حالا باید این رسوب را در کوره بوته بگذارید و با دمای بالای 2400 درجه حرارت بدهید. اگر برای بدست آوردن طلا از دمای کمتری استفاده کنید، طلا خراب می‌شود و حتی خطرات دیگری را در پی دارد. به یاد داشته باشید که تا 70% حجم پودر کاهش پیدا می‌کند.

پودر کردن برد

این روش را چینی‌ها توانسته‌اند کشف کنند. برای مراحل استخراج طلا از بردهای الکترونیکی در این روش از مواد فلزی و مواد غیر فلزی را توسط میدان مغناطیسی که با ولتاژ بالا کار می‌کند، جدا می‌کنند. سپس آن‌ها را در محیط خلاء قرار می‌دهند. با استفاده از روش تقطیر کردن مواد غیر فلزی را به صورت یک قالب کوچک در می‌آورند. بعد از پودر شدن مواد غیر فلزی، در دمای بالا به خمیر نیز تبدیل می‌شود. با اضافه نمودن ماده زرین به درون این قالب‌ها، مواد سختی به دست می‌آیند که سختی آن‌ها در حد بتن هستند. همچنین می‌توانند جایگزین خوبی برای چوب باشد. این راه می‌تواند آسان باشد. اما نیاز به محیط مناسب دارد.

توسط سیانید

این روش خطرناک است و پیشنهاد می‌شود که حتماً در کنار فردی که تجربه کافی دارد، انجام دهید و از انجام سرخود آن به شدت جلوگیری کنید. فرآیند بکار رفته در در این استخراج شامل ترکیب مواد شیمیایی پودر شده یا سیانید سدیم است. با سیانید می‌توانند به راحتی طلا را استخراج کنند. استفاده از این روش در بسیاری از کشورها ممنوع است. به همین دلیل این روش پیشنهاد نمی‌شود و باید در یک شرایط خاص استفاده شود.

روش بیولوژیکی

برای بازیافت فلزاتی که سنگین هستند از جمله نقره، پالادیوم، طلا و مس باید از میکروارگانیسم‌ها استفاده کنید. همچنین این روش از روش سیانید بسیار کاربردی‌تر است. زیرا به طبیعت آسیب وارد نمی‌شود؛ حتی خود ارگانیسم با تولید متابولیکی، سعی بر این دارد که طلا را حل کند. این روش نسبت به تمامی روش‌های معرفی شده، خطرات و آلودگی کمتری تولید می‌کنند.

استفاده از ژل کاغذ

یکی‌دیگر از این روش‌ها استفاده از ژل کاغذ برای استخراج طلا است. برای این کار از روزنامه‌های قدیمی خمیری می‌سازند. سپس مواد شیمیایی مانند کلر و فرمالدئید، ژل کاغذی می‌سازند. بعد ژل بدست آمده را خشک می‌کنند و به شکل پودر در می‌آورند. این قابلیت ژل کاغذی برای استخراج طلا، به علت وجود سلولز در آن است. به همین دلیل مواد شیمیایی به راحتی در هر قالبی که بخواهند در می‌آیند. نقطه ضعف آن در مدتی است که طول می‌کشد تا طلا استخراج شود. زیرا حدود 5 الی 6 ساعت طول می‌کشد و برای بدست آوردن یک طلا، کار زمان بری است.

روش قالکاری 

این روش دارای بازدهی بالایی بوده و خواهان زیادی دارد. در این روش بردهای الکترونیکی را در داخل کوره‌های داغ قرار می‌دهند. همچنین برای بازدهی بهتر مواد دیگری چون سرب، نقره و مس به آن اضافه می‌کنند. این ماده‌ها به این دلیل استفاده می‌شود که، فلزی چون طلا را به خود جذب کند و مواد اضافه از بین بروند. کار اکسید سرب برای این است که اکسید شدن فلزات را جمع کند. با ذوب سرب و حتی نقره در کوره، فلزات مهم چون طلا در کف کوره ته‌نشین می‌شوند و تمامی مواد ناخالص به صورت شناور در می‌آیند.

لوازم مورد نیاز برای استخراج طلا در قالکاری

1. کوره بوته‌ای
2. ظروف آزمایشگاهی
3. بوته گلدانی از جنس غیر گرافیت
4. همزن
5. قیف کاغذی برای صاف کردن
6. هات پلیت
7. استفاده از لوازم ایمنی (دستکش و عینک و لباس مخصوص)

جمع کردن تکه‌ها

ترکیب‌ها را از فیلتر قهوه رد کنید و در ظرف شیشه‌ای دیگری بریزید. در این حالت تکه‌های طلا باقی می‌مانند. قطعات بردهای باقی‌مانده را در سینی پلاستیکی پر از آب بریزید. هر قطعه را با طلای باقی‌مانده برای فرو بردن مجدد ذخیره کنید. آب را با فیلتر بریزید تا گرد و غبار طلا جمع شود و پوسته‌ها را بشویید.

ذوب کردن طلا

در این مرحله از استخراج طلا از بردهای الکترونیکی لازم است که یک کاسه سفالی را با یک مشعل گرم کنید و مقداری بوراکس به آن اضافه کنید؛ زیرا این ماده باعث می‌شود که طلا در دمای کمتر از 1064 درجه سانتی‌گراد ذوب شود. به محض این که بوراکس نرم شد، تکه‌های طلا را به آن اضافه کنید. شما باید حرارت را آنقدر ادامه دهید تا تکه‌ها ذوب شوند و به صورت دایره‌های کوچک درآیند.

مواد شیمیایی مورد استفاده برای جداسازی طلا از بردهای الکترونیکی

در بخش پیشین نحوه استخراج طلا از بردهای الکترونیکی را به کمک مواد شیمیایی پراکسید هیدروژن و اسید کلریدریک توضیح دادیم. در این بخش قصد داریم مواد دیگری را که این جداسازی را امکان‌پذیر می‌کنند، برایتان نام ببریم. برخی از آن‌ها عبارت اند از:

• اسید نیتریک غلیظ
• اسید هیدروکلریک
• آب اکسیژنه
• متانول
• گازوئیل

رعایت نکات زیر هنگام خرید بردهای الکترونیکی

• بردهایی که کاربرد پزشکی، نظامی یا هوا فضا داشته‌اند معمولا نسبت به بردهای دیگر حاوی طلا و نقره بیشتری هستند.
• به طور کلی بردها و قطعات الکترونیکی هرچه قدیمی‌تر باشند، حاوی طلا و نقره بیشتری خواهند بود.
• برای ارزشگذاری یک برد الکترونیکی باید به میزان چیپ‌ها و خازن‌های نصب سطحی موجود در آن، روکش‌های طلای احتمالی روی برد، کاربردی که برد داشته است، سال ساخت برد و بسیاری از موارد دیگر توجه کرد.
• بردهای مس بار که معمولا قهوه‌ای رنگ هستند و از لوازم صوتی – تصویری و لوازم خانگی جدا می‌شوند، حاوی طلا و نقره بسیار کمی هستند. به همین خاطر این بردها فقط برای بازیافت مس مورد توجه قرار می‌گیرند.

مراحل استخراج طلا از کیت‌های موبایل و قطعات کامپیوتری

1. جمع‌‌آوری تراشه‌های فلزی حاوی طلا در پردازنده کامپیوتر، روکش دندان طلا و زیوآلات
2.  آنها را در فنجان قهوه بگذارید.
3. با ریختن دو پیمانه جوهر نمک و یک پیمانه آب اکسیژنه در یک ظرف، آنها را با هم مخلوط کنید.
4. محلول جوهر نمک و آب اکسیژنه را در فنجان قهوه بریزید.

نتیجه‌گیری

میانگین قیمت طلا تا اکتبر 2019 نزدیک به 1500 دلار در هر انس محاسبه شده است و آن را یکی از گران‌ترین فلزات در جهان می‌شناسند. اما این قیمت بالا باعث نمی‌شود که از کاربردهای فراوان آن در تولید لوازم الکترونیکی استفاده چشم پوشی کرد. در بسیاری از لوازم الکترونیکی مانند رایانه‌های رومیزی، تلفن‌های هوشمند، تلویزیون‌ها، کنسول‌های بازی ویدیویی و ... در اجزاء خود طلا دیده می‌شود. سوالی که پیش می‌آید این است که چرا تولیدکنندگان با وجود قیمت بالای این فلز گرانبها، همچنان از آن در محصولات خود بهره می‌برند؟ ما در این مقاله در ابتدا دلایل این کار را در مواردی مجزا بررسی کردیم و سپس نحوه استخراج طلا از بردهای الکترونیکی را به طور کامل توضیح دادیم. در آخر نیز مواد شیمیایی‌ای را که به کمک آن‌ها می‌توان به این کار اقدام کرد، نام بردیم.

مولکولارسیو یکی از موثرترین گزینه‌های موجود برای حذف آب از مایعات و گازهای مختلف است. البته امکان استفاده از موادی همچون سیلیکاژل و آلومینا نیز وجود دارد؛ اما مولکولارسیوها به دلیل تنوع مدل و کیفیت بهتر می‌توانند نتایج بهتری را ارائه دهند. مولکولارسیو دقت بسیار بالایی دارد و یک جاذب بسیار مناسب است. برای اینکه با انواع مولکولارسیو و روش‌های احیا این جاذب‌ها آشنا شوید، ادامه مقاله را مطالعه کنید. در این مقاله درمورد مولکولارسیو و احیای آن‌ها توضیح داده شده است.

انواع مولکولارسیو و کاربرد هر کدام

1. مولکولارسیو 3A

مولکولارسیوهای 3A دارای چگالی ظاهری در محدوده 0.60 تا 0.68 g/ml هستند. این نوع مولکولارسیو نوعی از غربال‌های مولکولی از آلومینیو سیلیکات می‌باشد که با استفاده از تبادل یونی حاصل شده از پتاسیم تولید می‌گردد. تخلخل آن به میزان 3 انگسترم بوده و باعث جذب مولکول‌های آب با قطر مولکول کمتر از 3 انگسترم می‌گردد. از این نوع مولکولارسیو بیشتر در صنعت نفت استفاده می‌شود تا به کمک آن بتوان آلکن‌ها را خشک کرد. همچنین از آن برای تصفیه گاز نفتی و همچنین برای جذب H₂O نیز در پلی اورتان و شیشه‌های عایق استفاده می‌شود. از مزایای آن می‌توان به قدرت جذب و طول عمر بالا و مقاومت در برابر سایش اشاره نمود و این نوع مولکولارسیو به دو روش حرارت دادن و کاهش فشار قابل احیاء می‌باشد.

2. مولکولارسیو 4A

این نو مولکولارسیو دارای میزان تخلخل به اندازه 4 انگسترم بوده و قابلیت جداسازی مولکول‌ها با این اندازه و کمتر را از خود دارد. مولکولارسیوهای 4A چگالی ظاهری در محدود 0.60 تا 0.65 گرم بر میلی‌لیتر دارند و کاربردهای صنعتی آن‌ها به شرح زیر است:

• شرکت‌های داروسازی از این مدل برای ساخت ظروف پزشکی برای محافظت از محتویات مختلف در برابر آلودگی‌های محیطی و رطوبت‌ها استفاده می‌کنند.
• تولیدکنندگان مواد غذایی از این نوع مولکولارسیو به عنوان یک افزودنی استفاده می‌کنند.
• می‌توان از این مدل برای آبگیری استاتیک برای سیستم‌های بسته گاز یا مایع استفاده کرد. برای مثال در بین انواع مولکولارسیو و روش احیای جاذب‌ها می‌توان از مدل 4A برای ساخت بسته‌بندی دارو‌ها استفاده کرد.
• از این مدل می‌توان برای جمع آوری آب در پلاستیک و سیستم‌های چاپ استفاده کرد.
• می‌توان از این مدل برای خشک کردن جریان‌های هیدروکربنی اشباع نیز استفاده کرد.

3. مولکولارسیو 13X

مولکولارسیو 13X منافذ بزرگتری نسبت به مدل‌های A دارد. مولکولارسیو 13X می‌تواند مولکول‌هایی با قطر جنبشی کمتر از 9 آنگستروم (0.9 نانومتر) را جذب کند و مولکول‌های بزرگتر را از بین ببرد. این نوع مولکولارسیو بالاترین میزان ظرفیت نظری را در بین جاذب‌ها دارد و سرعت انتقال جرم بسیار خوبی نیز دارد. از این مدل معمولا در خشک کن‌های هوا استفاده می‌شود. همچنین در صنعت نفت و صنعت گاز طبیعی از آن برای عملیات خشک کردن هیدروکربن مایع استفاده می‌شود.

4. کربن مولکولارسیو

کربن مولکولارسیو در سطح مولکولی کار می‌کند و تحت فشار می‌تواند اکسیژن را از نیتروژن جدا کند. مولکولارسیوهای کربن دارای ساختار نانو متخلخلی هستند که پس از پردازش کربن فعال به عنوان ماده خام به دست می‌آیند. این محصول می‌تواند مولکول‌های اکسیژن موجود در هوای فشرده را زمانی که تحت فشار قرار گرفته‌اند، جذب کند.

آلومینا اکتیو

آلومینا اکتیو در واقع مولکولارسیو نیست؛ اما مانند آن جاذب است. آلومینا اکتیو یک ماده متخلخل است که از اکسید آلومینیوم به دست می‌آید. این ماده را معمولا از طریق دی هیدروکسیلاسیون هیدروکسید آلومینیوم تولید می‌کنند. آلومینا اکتیو یک جاذب مهم در موارد مختلفی مانند فیلتر فلوراید، آرسنیک و سلنیوم در آب آشامیدنی است. آلومینا اکتیو کاربردهای زیادی دارد. برای مثال می‌توان از آن به عنوان کاتالیزور، خشک کننده، جذب کننده فلوراید و یا به عنوان یک ماده زیستی استفاده کرد.

نحوه بازیابی جاذب‌ها

به طور کلی دو روش برای بازیابی یا احیای مولکولارسیو داریم. یک روش TSA و یک روش PSA. قبل از آشنایی با انواع مولکولارسیو و روش احیای جاذب‌ها بهتر است که با یک سری نکات کلی آشنا شوید. این موارد عبارتند از:

• فرآیند بازیابی جاذب‌ها تنها باید در یک مکان با تهویه خوب انجام شود.
• به هیچ عنوان در فرآیند بازسازی دما را از 426 درجه سانتی‌گراد بیشتر نکنید؛ چرا که این کار باعث از بین رفتن مواد و ایجاد خطر آتش‌سوزی می‌شود. همچنین دمای بیش از حد بالا می‌تواند به ساختار کریستالی جاذب آسیب برساند و آن را بی‌فایده کند.
• برای اینکه بدانید فرآیند بازیابی شما جواب داده است یا خیر، فقط باید وزن مواد را اندازه‌گیری کنید؛ چرا که با آزاد شدن آب از جاذب مولکولارسیو جرم خود را از دست می‌دهد و وزن آن پایین می‌آید.
• درمورد انواع مولکولارسیو و روش احیای جاذب‌ها باید گفت که در فرآیند بازیابی جاذب‌ها به شدت داغ می‌شوند. به همین دلیل نکات ایمنی را در نظر بگیرید.

سعی کنید فرآیند بازیابی را در لایه‌های نازک تر امتحان کنید تا نتایج بهتری بگیرید.

فرآیند TSA

از قبل می‌دانیم که با کاهش دما فرآیند جذب بهتر اتفاق می‌افتد پس یکی از راه‌های احیای جاذب این است که آن را در دمای بالاتری قرار دهیم. در چنین حالتی شرایط ایده‌آل برای فرآیند دفع به وجود می‌آید و جاذب احیا می‌شود. شماتیک فرآیندهای TSA دقیقا مثل فرآیندهای PSA است اما با این تفاوت که دیگر فقط دما تغییر می‌کند.

احیا و بازیابی جاذب‌ها به روش TSA

• مرحله 1: یک گریل یا فر تمیز را گرم کنید. اگر قصد دارید مدل‌های 3A را بازیابی کنید، باید دما را تا 204 درجه سانتی‌گراد گرم کنید. اگر هم قصد دارید مدل‌های 4A ، 5A یا 13X را بازیابی کنید، می‌توانید دما را حداقل روی 287 درجه سانتی‌گراد و حداکثر روی 426 درجه سانتی‌گراد بگذارید. دمای بیشتر از حد توصیه شده به ساختار مولکولی محصول آسیب می‌رساند.
• مرحله 2: یک ظرف فلزی را با فویل آلومینیمی تمیز بپوشانید.
• مرحله 3 : درمورد انواع مولکولارسیو و روش بازیابی جاذب و احیای جاذب‌ها باید گفت در این مرحله باید جاذب‌ها را به صورت یکنواخت و بدون پوشش درون ظرف بگذارید و ظرف را نیز درون گریل یا فر از قبل گرم شده قرار دهید.
• مرحله 4: زمان بازیابی برای هر نوع مولکولارسیو متفاوت است؛ اما این فرآیند می‌تواند بین 2 تا 8 ساعت طول بکشد. هر نیم ساعت جاذب‌ها را هم بزنید.
• مرحله 5 : پس از بازیابی اجازه دهید که مواد حداقل به مدت یک ساعت خنک شوند.

مرحله 6: جاذب‌های شما آماده استفاده هستند و شما می‌توانید در صورت لزوم این چرخه را تکرار کنید.

فرآیند PSA

افزایش فشار فرآیند را به نفع پدیده جذب پیش می‌برد. پس یکی از راه‌های احیای جاذب‌ها این است که آن‌ها را در برج‌هایی با فشار پایین تر قرار دهیم. در این صورت فرآیند واجذب اتفاق افتاده و جاذب احیا می‌شود و می‌تواند دوباره مورد استفاده قرار گیرد. فرآیند به این صورت انجام می‌گیرد که ابتدا یک بستر در حالت جذب قرار دارد و در همین حال بستر دیگر که در سیکل قبلی اشباع شده در حال احیاست و در حالت Stand By قرار دارد.

احیا و بازیابی جاذب‌ها با روش PSA

این روش مخفف Pressure Swing Adsorption است و در آن مولکولارسیو در دو مخزن قرار می‌گیرد. در ابتدا باید هوای فشرده شده در مخزن باید در دمای 30 درجه سانتی‌گراد باشد و از مخزن عبور داده شود. مولکول‌های اکسیژن به صورت گاز از مخزن خارج می‌شوند. در این روش گاز‌ها جذب می‌شوند. هنگامی که فشار کاهش پیدا کند، گاز آزاد می‌شود.

سوالات متداول

• تفاوت احیا مولکولارسیو 3A و 4A چیست؟

فرایند احیا برای مولکولارسیو 3A و 4A شبیه به هم است اما دما و زمان مورد نیاز برای احیا ممکن است به دلیل اندازه منافذ مختلف و خواص جذب متفاوت باشد.

مولکولارسیو 3A و 4A را می‌توان با حرارت دادن به دمای بالا احیا کرد تا مولکول‌های جذب شده حذف شوند و ظرفیت جذب آن‌ها بازیابی گردد.

• چه نکاتی را برای انتخاب فرایند احیا مولکولارسیو باید در نظر گرفت؟

اگر جاذب بسیار حساس به دما باشد خب بدیهی است که فرآیندهای PSA برای احیا گزینه بهتری هستند اما این فرآیندها هزینه‌های بیشتری هم خواهند داشت و کار کردن با آن‌ها نیز کمی سخت‌تر است. بنابراین قانون کلی برای انتخاب روش احیا وجود ندارد و این موضوع تماما با شرایط پروژه وابسته است.

نتیجه‌گیری

مولکولارسیوها جزء مواد جاذب هستند و کاربردهای صنعتی بسیار مختلفی دارند. برای مثال صنایعی که به هوای فشرده کاملا خشک و تمیز نیاز دارند، از مولکولارسیوها و دیگر مواد جاذب استفاده می‌کنند. برای اینکه بیشتر با انواع مولکولارسیو و روش احیای جاذب‌ها آشنا شوید، در این مقاله درمورد مواد جاذب و نحوه احیای آن‌ها توضیح دادیم.

اگر تاکنون محصولاتی بدون قند خریداری کرده باشید، از خود پرسیده‌اید که اگر این مواد قند ندارند پس چگونه شیرین می‌شوند. در واقع این محصولات از شیرین کننده‌هایی به نام سوربیتول استفاده می‌کنند که در بدن خود انسان نیز وجود دارد. سوربیتول حدود یک سوم شکر کالری دارد. اما خاصیت شیرین کنندگی آن از شکر نیز بیشتر است. این ماده معمولا به صورت پودر در بازار به فروش می‌رسد. برای اینکه بدانید سوربیتول چیست، ادامه مقاله را مطالعه کنید. در این مقاله درمورد سوربیتول و ویژگی‌های آن توضیح داده شده است.

سوربیتول چیست؟

سوربیتول با فرمول شیمیایی C₆H₁₄O₆ درواقع یک الکل قندی است که بدن انسان آن را به آرامی متابولیزه می‌کند. این ماده را می‌توان با فرایند کاهش گلوکز و تغییر گروه آلدهید به گروه هیدروکسیل به دست آورد. سوربیتول به طور طبیعی در سیب، گلابی، هلو و آلو خشک یافت می‌شود. نوعی کربوهیدرات با نام دیگر الکل قند که کالری آن یک سوم شکر است، اما قدرت شیرین سازی آن 60% شکر است. سوربیتول در خوراکی‌های بدون قند یا داروهای ضد سرفه کاربرد دارد. 

مشخصات فیزیکی و شیمیایی سوربیتول

در ساختار این ماده هیچگونه گروه کربونیلی‌ای ندارد و بیش از یک گروه هیدروکسیل در آن مشاهده می‌گردد. بنابراین سوربیتول را جز خانواده‌ی پلی‌ال‌ها تقسیم‌بندی می‌نمایند. پروپیلن گلیکول، گلیسیرین و بسیاری از الکل‌های دیگر نیز به دلیل همین خاصیت جز خانواده‌ی پلی‌ال‌ها می‌باشند و شامل حال این تقسیم‌بندی می‌گردند. سوربیتول قابلیت انحلال‌پذیری زیادی در آب دارد و به مقدار اندک نیز در اتانول حل می‌گردد. sorbitol با نام‌های دیگری از قبیل گلوسیتول (Glucitol ) و سوربیلاکس ( Sorbilax) نیز شناخته می‌شود.

مشخصات سوربیتول عبارتند از:

فرمول مولکولی	C6H14O6
جرم مولی	182.17 g mol−1
شکل ظاهری	پودر کریستالی سفید
چگالی	1.49 g/cm3
نقطه ذوب	94–96 °C
نقطه جوش	296 °C
انحلال پذیری در آب	2350 g/L

نحوه تولید سوربیتول

سوربیتول را می‌توان از طریق یک واکنش کاهش یا احیای گلوکز سنتز کرد که در آن گروه آلدهید تبدیل به یک گروه هیدروکسیل تبدیل می‌شود. این واکنش به NADH (نیکوتین آمید آدنین دی‌نوکلئوتید) نیز نیاز دارد و توسط آلدهید رداکتاز کاتالیز می‌شود. کاهش گلوکز در واقع اولین مرحله از مسیر پلی ال متابولیسم گلوکز است و باعث ایجاد دیابت می‌شود. برای  اینکه بهتر بدانید سوربیتول چیست و چگونه تولید می‌شود باید گفت که واکنش شیمیایی تولید این ماده به این صورت است:

C₆H₁₂O₆ + NADH + H = C₆H₁₄O₆+NAD

کاربردهای سوربیتول

سوربیتول می‌تواند کاربردهای زیادی داشته باشد. برخی از کاربردهای رایج آن عبارتند از:

• شیرین کننده

یکی از مهم‌ترین کاربردهای این ماده استفاده از آن به عنوان شیرین کننده است. سوربیتول در واقع یک ماده جایگزین قند است و در غذا استفاده می‌شود. سوربیتول یک شیرین کننده مغذی نیز شناخته می‌شود؛ زیرا می‌تواند انرژی مورد نیاز انسان را تا حدودی تامین کند. سوربیتول در هر گرم از خود حدود 2.6 کیلو کالری انرژی دارد. برای مقایسه باید گفت که این میزان در کربوهیدرات‌ها حدود 4 کیلوکالری است.

سوربیتول بیشتر در صنایع غذایی که به شیرین کننده نیاز زیادی دارند، استفاده می‌شود. برای مثال از این ماده بیشتر در غذاهای رژیمی مانند نوشیدنی‌ها و بستنی‌های رژیمی، شربت‌های سرفه، آدامس‌های بدون قند و بسیاری از مواد رژیمی دیگر استفاده می‌شود. جالب است بدانید که باکتری‌ها نمی‌توانند از سوربیتول تغذیه کنند و به همین دلیل این ماده مانند گلوکز باعث خرابی دندان نمی‌شود. همچنین این ماده برای افرادی که دیابت دارند مناسب است. سوربیتول به طور طبیعی در بسیاری از میوه‌های هسته‌دار و همچنین انواع توت‌ها یافت می‌شود.

• کاربردهای پزشکی

مهمترین کاربرد این ماده در پزشکی استفاده از آن به عنوان ملین است. درست مانند سایر الکل‌های قند، غذاهایی که حاوی سوربیتول هستند، می‌توانند باعث ناراحتی دستگاه گوارش شوند. سوربیتول در صورتی که به عنوان خوراکی یا تنقیه مصرف شود، می‌تواند به عنوان یک ملین عمل کند.

سوربیتول در واقع آب را به روده بزرگ می‌کشد و می‌تواند با این کار حرکات روده را تحریک کند. سوربیتول برای کسانی که دچار یبوست شده‌اند یا افراد مسن بی‌خطر است؛ اما بدون تجویز پزشک به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود. سوربیتول معمولا به صورت محلول یک‌بار مصرف 30-150 میلی‌لیتری با خلوص 70 درصد تجویز می‌شود. همچنین امکان استفاده از آن به صورت تنقیه نیز وجود دارد.

همچنین از این ماده در شربت‌های سرفه نیز استفاده می‌شود.

به غیر از ملین سوربیتول می‌تواند در محیط‌های کشت باکتریایی برای تشخیص باکتری‌های مختلف نیز استفاده شود؛ زیرا باکتری‌ها معمولا نمی‌توانند سوربیتول را تخمیر کنند. همچنین از سوربیتول و رزین تبادل یونی‌سدیم پلی استایرن سولفوناتبرای درمان هیپرکالمی ( افزایش پتاسیم خون ) نیز استفاده می‌کنند. این دارو می‌تواند رزین‌های یون سدیم را با یون پتاسیم در روده مبادله کند.

افراد مبتلا به بیماری سلیاک درمان نشده اغلب سوء جذب سوربیتول را در نتیجه آسیب روده کوچک نشان می‌دهند. سوء جذب سوربیتول یک علت مهم برای تداوم علائم در بیمارانی است که قبلاً رژیم غذایی بدون گلوتن دارند. تست تنفس هیدروژن سوربیتول به عنوان ابزاری برای تشخیص بیماری سلیاک پیشنهاد شده‌است، زیرا همبستگی دقیقی بین مقدار برش و ضایعات روده وجود دارد. با این وجود، اگرچه ممکن است برای اهداف تحقیقاتی نشان داده شود، اما هنوز به عنوان یک ابزار تشخیصی در عمل بالینی توصیه نمی‌شود.

اشاره شده‌ است که سوربیتول اضافه شده به پلی استایرن سولفونات سدیم (SPS، که در درمان هایپرکالمی استفاده می‌شود) می‌تواند عوارضی در دستگاه گوارش از جمله خونریزی، زخم‌های سوراخ شده روده بزرگ، کولیت ایسکمیک و نکروز روده بزرگ به ویژه در بیماران مبتلا به اورمی ایجاد کند. عوامل خطر آسیب ناشی از سوربیتول عبارتند از: سرکوب سیستم ایمنی، هیپوولمی، وضعیت پس از عمل، افت فشارخون پس از همودیالیز و بیماری عروق محیطی؛ بنابراین SPS-sorbitol باید با دقت در مدیریت هایپرکالمی استفاده شود.

• مصارف بهداشتی، غذایی و آرایشی

باید بدانید که این ماده معمولا به عنوان یک مرطوب کننده و غلیظ کننده نیز استفاده می‌شود. همچنین استفاده از آن در دهانشویه‌ها و خمیر دندان‌ها نیز رایج است. در واقع الکل‌های قند که سوربیتول جزء آن‌هاست، برای سلامت دندان مفید هستند. این مواد پوسیدگی ایجاد نمی‌کنند و از رشد باکتری‌ها جلوگیری می‌کنند. البته بعضی از باکتری‌های دندان سوربیتول را تخمیر می‌کنند.

همچنین بسیاری از ژل‌های شفاف نیز با سوربیتول ساخته می‌شوند؛ زیرا این ماده ضریب شکست بالایی دارد. از خواص بسیار مهم سوربیتول حفظ رطوبت و ملین بودن آن است و همین امر باعث شده است که از آن در تولید مواد آرایشی بهداشتی و مراقبت شخصی به صورت گسترده‌ای استفاده شود.

همچنین در برخی از سیگارها ممکن است که از آن به عنوان مرطوب کننده استفاده شود.

سوربیتول در غذاهای خشک مانند کوکی‌ها، کره‌های بادام زمینی و کنسروهای میوه به عنوان مرطوب کننده استفاده می‌شود. همچنین این ماده در پخت و پز نیز کاربرد زیادی دارد؛ زیرا به عنوان یک نرم کننده عمل می‌کند و روند خراب شدن و بیات شدن غذا را کند می‌کند.

دیگر کاربردهای سوربیتول

مخلوطی از سوربیتول و نیترات پتاسیم به عنوان یک سوخت جامد موشک آماتور، کارآمد واقع شده است. 

سوربیتول به عنوان یک واسطه شیمیایی کلیدی بالقوه برای تولید سوخت از منابع زیست توده شناسایی شده است. بخش‌های کربوهیدرات موجود در زیست توده مانند سلولز تحت هیدرولیز متوالی و هیدروژنه شدن در حضور کاتالیزورهای فلزی برای تولید سوربیتول قرار می‌گیرند. کاهش کامل سوربیتول راه را برای آلکان‌هایی مانند هگزان باز می‌کند که می‌تواند به عنوان سوخت زیستی استفاده شود. هیدروژن مورد نیاز برای این واکنش را می‌توان با اصلاح کاتالیزوری فاز آبی سوربیتول تولید کرد. 

19 C ₆ H ₁₄ O ₆ → 13 C ₆ H ₁₄ + 36 CO ₂ + 42 H ₂ O

واکنش شیمیایی فوق گرمازا است و 1.5 مول سوربیتول تقریباً 1 مول هگزان تولید می‌کند . هنگامی که هیدروژن به طور مشترک تغذیه می‌شود، دی‌اکسید کربن تولید نمی‌شود.

پلی‌ال‌های مبتنی بر سوربیتول در تولید فوم پلی اورتان برای صنعت ساختمان استفاده می‌شود.

همچنین پس از الکتروپوراسیون مخمرها، در پروتکل‌های تبدیل اضافه می‌شود و به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا با افزایش اسمولاریته محیط بازیابی شوند.

سوربیتول به دو صورت مایع با خلوص 70 درصد و پودری به فروش می‌رسد.

اثرات مصرف بیش از حد سوربیتول

 

مصرف مقادیر زیاد سوربیتول می‌تواند منجر به درد شکم، نفخ شکم و اسهال خفیف تا شدید شود. مصرف معمولی سوربیتول بیش از 20 گرم در روز به عنوان آدامس بدون قند منجر به اسهال شدید، کاهش وزن ناخواسته یا حتی نیاز به بستری در بیمارستان شده‌است. در مطالعات اولیه، دوز ۲۵ گرم سوربیتول، که در طول روز خورده می‌شد، تنها در ۵ درصد از افراد اثر ملین داشت. هنگامی که مقادیر زیادی سوربیتول بلعیده می‌شود، تنها مقدار کمی از سوربیتول در روده کوچک جذب می‌شود و بیشتر سوربیتول وارد روده بزرگ می‌شود و در نتیجه اثرات گوارشی به همراه دارد.

همچنین سوربیتول می‌تواند در برخی افراد واکنش‌های آلرژیک ایجاد کند. عوارض جانبی رایج استفاده به عنوان ملین، گرفتگی معده ، استفراغ، اسهال یا خونریزی مقعدی است

سوالات متداول

• موارد منع مصرف سوربیتول چیست؟

آنوریا، درد حاد شکمی، حالت تهوع، استفراغ یا سایر علائم آپاندیسیت یا درد شکمی که تشخیص داده نشده‌اند.

• چه کسانی باید از مصرف سوربیتول خودداری کنند؟

• بیمارانی با نارسایی شدید قلبی-ریوی یا کلیوی
• کم آبی، ناهنجاری‌های الکترولیت
• بیماران ناتوان در متابولیسم سوربیتول
• بارداری و شیردهی

اگر فواید سوربیتول برای شما بیشتر از خطرات آن است، در حین بارداری با احتیاط از سوربیتول استفاده کنید. مطالعات حیوانی خطراتی را در این خصوص نشان می‌دهند و مطالعات انسانی در دسترس نیست یا مطالعات حیوانی و انسانی انجام نشده است. بنابراین در صورت شیردهی، درباره استفاده از سوربیتول احتیاط کنید و حتما با پزشک خود مشورت کنید.

• دوز مناسب برای مصرف سوربیتول خوراکی چقدر است؟

دوز اولیه استفاده به عنوان ملین در بزرگسالان 30-150 میلی‌لیتر محلول خوراکی 70٪ یا 120 میلی‌لیتر محلول انما رکتوم 25٪ تا 30٪ است. برای روش‌های جراحی از راه مجاری ادرار و شست و شوی مداوم، محلول 3 تا 3/3 درصد استفاده می‌شود.

• چه داروهای سوربیتول خوراکی موجود است؟

محلول مایع 3٪ ، 3.3٪ ؛ محلول خوراکی 70٪ ، سوسپانسیون خوراکی، شربت خوراکی و لوزی

• چگونه سوربیتول خوراکی را ذخیره کنیم؟

سوربیتول باید در دمای اتاق، یعنی دمای 25 درجه سانتی‌گراد (77 درجه فارنهایت) ذخیره شود. از گرم شدن بالای 66 درجه سانتی‌گراد (150 درجه فارنهایت) یا یخ‌زدگی باید خودداری شود.

نتیجه‌گیری

یکی از مواد پرکاربرد سوربیتول است. سوربیتول یکی از موادی است که جایگزین قند محسوب می‌شود. به همین دلیل از آن در صنایع غذایی به عنوان شیرین کننده در نوشیدنی و غذاهای رژیمی استفاده می‌شود. این ماده همچنین به علت خواص شیمیایی خود به در لوازم آرایشی و بهداشتی و صنعت پزشکی استفاده می‌شود. برای اینکه بهتر بدانید سوربیتول چیست و چه کاربردهایی دارد، در این مقاله درمورد ویژگی‌های آن توضیح دادیم.

در شیمی آلی اتانول و متاول دو شکل اساسی و پرکاربرد الکل هستند. در واقع الکل مولکولی است که در انتها دارای یک گروه –OH است. الکل‌ها در بسیاری از فرایندهای شیمیایی آلی نقش مهمی دارند و میزان واکنش‌پذیری آن‌ها بر اساس اسکلت کربن و سایر گروه‌های مولکول الکل متغیر است. برای این که بهتر به تفاوت متانول و اتانول پی ببرید و بیشتر درمورد این دو ماده الکلی بدانید، ادامه مقاله را از دست ندهید. در این مقاله درمورد تفاوت متانول و اتانول در فرمول شیمیایی، خواص و نحوه تولید آن‌ها توضیح داده شده است.

اتانول چیست؟

اتانول (Ethanol) با فرمول شیمیایی CH3CH2OH شناخته و از پیوند یک گروه اتیل (-CH3CH2) با یک گروه هیدروکسید (OH-) تشکیل می‌شود. نام مخفف اتانول EtOH است. اتانول بسیار قابل اشتعال و فرار است؛ به همین دلیل در نگهداری از آن باید دقت زیادی داشت. همچنین اتانول به دلیل ایجاد پیوند هیدروژنی به راحتی در آب حل می‌شود. اتانول قابلیت این را دارد که با دیگر الکل‌ها نیز ترکیب شود. اتانول ترکیبی شیمیایی با بوی خاص و آتش‌گیری است که در نوشیدنی‌های الکلی وجود دارد. این نوع الکل دارای خاصیت مست‌کنندگی است و در نوشیدنی‌های الکلی با درصدهای مختلف پیدا می‌شود. علاوه بر این در صنایع مختلف کاربرد فراوان دارد. این کاربردها در عطر‌ها، ادکلن‌ها، وانیل و همچنین به‌عنوان سوخت در برخی خودروهای جدید است.

اتانول، مایعی بی‌رنگ بوده، گرانروی آن، مانند آب است و بوی نسبتاً تندی دارد. در صنعت به عنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می‌شود. اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد.

فرمول مولکولی	C2H6O۱
جرم مولی	46.069 g·mol−1
شکل ظاهری	مایع بی رنگ
چگالی	0.78945 g/cm3 (at 20 °C)
نقطه ذوب	−114.14 ± 0.03 °C
نقطه جوش	78.23 ± 0.09 °C

تفاوت متانول و اتانول در این است که اتانول یک مایع بی‌رنگ است و بوی شیمیایی ضعیفی دارد. اتانول جدا از برهم‌کنش‌های فراوانش با دیگر حلال‌های آلی، به عنوان یک اسید ضعیف نیز عمل می‌کند و میزان اسیدیته آن از میزان اسیدیته آب کمتر است.

متانول چیست؟

متانول (Methanol) را با نام دیگر متیل الکل نیز می‌شناسند. این نوع الکل از اتصال یک گروه متیل (-CH3) به یک گروه هیدروکسید (-OH) به دست می‌آید و فرمول شیمیایی آن به صورت CH3OH است. البته آن را به صورت کوتاه شده MeOH نیز می‌نویسند. متانول را با نام الکل چوب نیز می‌شناسند؛ زیرا در گذشته از آن برای تقطیر چوب استفاده می‌شده است. متانول معمولا با کاتالیز از مونوکسید کربن، دی‌اکسید کربن و هیدروژن سنتز می‌شود. متانول از فعالیت بی‌هوازی گونه‌های زیادی از باکتری‌ها تولید می‌شود و در نتیجه مقدار اندکی از بخار متانول وارد جو می‌شود و پس از چندین روز به‌وسیله اکسیژن و با کمک نور خورشید اکسید شده به آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌گردد.

متانول را مهمترین الکل شناخته شده در شیمی می‌دانند. این الکل بسیار فرار و قابل اشتعال است. از ویژگی‌های آن نیز می‌توان به بی‌رنگ بودن و بویی شبیه به بوی اتانول اشاره کرد. متانول می‌تواند با آب و سایر پیوندهای الکلی نیز ترکیب شود. در مقایسه با اتانول، متانول اسیدیته بیشتری دارد. متانول بیشتر برای ایجاد سوخت، حلال و ضد یخ به کار می‌رود. همچنین از متانول برای تولید انواع مواد شیمیایی دیگر از جمله اسیداستیک نیز استفاده می‌شود.

فرمول مولکولی	CH4O
جرم مولی	32.04 g mol−1
شکل ظاهری	مایع بی‌رنگ
چگالی	0.792 g/cm3
نقطه ذوب	−97.6 °C
نقطه جوش	64.7 °C

تفاوت‌های متانول و اتانول

در این بخش به بررسی تفاوت‌های متانول و اتانول می‌پردازیم. این دو ماده در مواردی که در ادامه ذکر می‌شوند، با یکدیگر تفاوت دارند. این موارد عبارت‌اند از:

• فرمول شیمیایی

اولین تفاوت متانول و اتانول به ساختار شیمیایی آن‌ها بر می‌گردد. اتانول که با نام اتیل الکل شناخته می‌شود، دارای فرمول شیمیایی CH3CH2OH است و از دو اتم کربن تشکیل شده است؛ اما متانول که متیل الکل نیز صدا می‌شود، فقط از یک اتم کربن تشکیل شده و دارای فرمول شیمیایی CH3OH است.

• خواص

یکی از عواملی که باعث تفاوت متانول و اتانول می‌شود، خواص آن‌هاست. اتانول و متانول هرچند از لحاظ ظاهری شبیه به هم هستند، تفاوت‌هایی دارند. برای مثال اتانول هنگامی که می‌سوزد، شعله آبی بدون دود ایجاد می‌کند که در نور معمولی قابل مشاهده نیست. همچنین در صورتی که در فضای باز قرار بگیرد، تبخیر می‌شود؛ اما متانول بوی قوی‌تری در مقایسه با اتانول دارد و هنگامی که می‌سوزد، به جای آبی روشن، شعله سفید درخشانی از خود نشان می‌دهند.

• نحوه تولید

بیش از 90 درصد اتانولی که در دنیا تولید می‌شود، از تخمیر کشاورزی به دست می‌آید و باقیمانده آن نیز از طریق هیدراتاسیون اتیلن تولید می‌شود. جو، برنج، ذرت، گندم و موارد مشابه محصولات زراعی‌ای هستند که از آن‌ها برای تولید اتانول استفاده می‌شود. همچنین هر محصول گیاهی که قند زیادی داشته باشد نیز برای تولید اتانول مناسب است. گاز طبیعی اقتصادی‌ترین و پرکاربردترین ماده اولیه برای تولید متانول است. با این حال، از مواد اولیه دیگر نیز می‌توان استفاده کرد. از ذغال سنگ به عنوان ماده اولیه تولید متانول، به ویژه در چین، استفاده می‌کنند. متانول معمولا در مقیاس بسیار بزرگ و با اصلاح گاز طبیعی به دست می‌آید.

کاربردهای اتانول

• اتانول به دلیل خواص ضد باکتریایی و ضد قارچی که دارد، معمولا در ضدعفونی کننده‌های دست و دستمال‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• برخی داروهای غیر قابل حل در آب اغلب در اتانول حل می‌شوند.
• یک حلال مؤثر برای استفاده در رنگ‌ها، لاک‌ها، پولیش‌ها و پاک‌کننده‌های خانگی است.
• اتانول به صورت صنعتی در تولید اتیل استرها، اسیدسیتریک، دی اتیل‌اتر و اتیل‌آمین‌ها استفاده می‌شود.
• در صورتی که فرد با اتیلن گلیکول یا با متیل الکل مسموم شده باشد، بهترین پادزهر اتانول است.
• به دلیل داشتن نقطه ذوب 114- درجه سانتی‌گراد، معمولا از آن در حمام‌های خنک کننده و آزمایشگاه‌ها استفاده می‌کنند.
• به محلول دهانشویه اضافه می‌شود تا سایر مواد را حل کند و به مواد فعالی مانند منتول، اکالیپتوس و تیمول کمک کند تا به داخل پلاک‌های دندانی نفوذ کنند.
• در شربت‌های سرماخوردگی و سرفه مورد استفاده قرار می‌گیرد تا به حل شدن مواد موثره و ماندگاری محصول کمک کند.
• این ماده می‌تواند به توزیع یکنواخت رنگ در مواد غذایی و همچنین افزایش طعم عصاره‌های غذایی کمک کند.

کاربردهای متانول

• متانول به صورت گسترده در تولید فرمالدئید استفاده می‌شود.
• از متانول معمولا به عنوان ضدیخ در بسیاری از خطوط لوله‌ها استفاده می‌کنند.
• از متانول در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب استفاده می‌کنند؛ زیرا به عنوان منبع غذایی مبتنی بر کربن برای نیترات‌زدایی باکتری‌ها مفید است.
• متانول می‌تواند به عنوان رنگ‌زدا نیز در شرایط خاص استفاده شود.
• از متانول در تولید هیدروکربن‌ها، الفین‌ها و همچنین برخی از ترکیبات معطر استفاده می‌کنند. 
• متانول یک عامل دناتوراسیون در الکتروفورز ژل پلی‌آکریل آمید است.
• متانول همچنین به عنوان سوخت در اجاق‌های کمپینگ و قایقرانی بسیار استفاده می‌شود. 

آزمایش تشخیص اتانول از متانول

 اولین راه تشخیص فرق اتانول و متانول بوییدن است زیرا بوی متانول بویی تیز و ناخوشایند دارد. از تست شعله نیز می‌‌توان برای تشخیص این دو ترکیب استفاده کرد. اگر در اثر سوزاندن مقداری از مایع مشکوک شعله بیشتر به رنگ زرد باشد تا آبی می‌تواند متانول باشد. این روش‌ها‌ ایمن یا تضمین شده‌ نیستند و برای تشخیص بهتر اتانول از متانول می‌توان:

• سدیم کرومات

برای این کار ۸ میلی‌لیتر محلول سدیم دی‌کرومات را با ۴ میلی‌لیتر سولفوریک‌اسید مخلوط کنید سپس ۱۰ قطره از محلول بدست آمده را به لوله آزمایش یا ظرف کوچک حاوی الکل اضافه کنید. این ظرف را چند بار به آرامی تکان دهید سپس در حالی که ظرف تقریبا در فاصله‌ ۱۲-۸ اینچی از صورت شما قرار دارد، هوا را با دست از دهانه ظرف به سمت بینی خود هدایت کنید. اگر بوی آن تیز و تحریک کننده باشد متانول است ولی اگر بوی آن غالب و میوه‌ای باشد اتانول خواهد بود.

• یدوفرم

بهترین راه برای تشخیص این دو از یکدیگر آزمایش یدوفرم است. برای این کار کافی است که هیدروکسید سدیم (NAOH) و ید (I2) را در محلولی که درمورد اتانول یا متانول بودن آن شک دارید بریزید. اگر رسوب زردی را مشاهده کردید، بدانید که مایع شما متانول است؛ زیرا CHI3 آن رسوب زرد است.

روش کار

10 قطره از اتانول و 10 قطره از متانول را در دو ظرف جدا بریزید.

سپس 25 قطره از معرف یداین به هر دو ظرف اضافه کنید.

10  قطره از سدیم هیدروکسید به هر دو محلول اضافه نمایید.

سپس محلول‌ها را هم بزنید تا رنگ تیره‌ی ید از بین برود و آن را حرارت دهید.

نتیجه: در طی این آزمایش، با گرم نمودن ظرف حاوی اتیل الکل در حضور سدیم هیدروکسید و یداین رسوب زرد رنگی شکل می‌گیرد در حالی که این اتفاق برای ظرف حاوی متیل الکل رخ نمی‌دهد و به واکنش یدوفرم پاسخ مثبت نمی‌دهد.

CH3CH2OH+I2->CHI3+HCOO^–Na

CHI3 رسوب زرد رنگ می‌باشد.

• کروماتوگرافی گازی (GC)

این روش با استفاده از یک دستگاه کروماتوگرافی گازی، توانایی تفکیک ترکیبات را دارد. نمونه آزمایشی، متانول و اتانول را به گاز تبدیل کرده و آن را از طریق ستون جداکننده عبور می‌دهد. با استفاده از تشدیدکننده‌ها و گیرنده‌های مختلف، میزان و ترکیب این دو ترکیب در نمونه تعیین می‌شود.

• طیف‌سنجی نوری

متداول‌ترین روش برای تفکیک و تفاوت متانول با اتانول، استفاده از طیف‌سنجی نوری است. هر کدام از این ترکیبات دارای الکترون‌هایی با طیف جذب مشخص هستند. با استفاده از دستگاه طیف‌سنج، می‌توان جذب نور توسط نمونه را اندازه‌گیری کرده و مقدار هر ترکیب را تعیین کرد.

 

ایمنی و خطرات اتانول و متانول

اتانول یا الکل اتیلیک بسیار قابل اشتعال است و نباید در نزدیکی شعله‌های باز استفاده شود. همچنین استنشاق این ماده می‌تواند باعث سرفه یا سردرد شود. این الکل از نظر FDA ایمن شناخته می‌شود و استفاده از آن در مواد غذایی مورد تائید است. از آنجایی‌که اتانول نوعی الکل بسیار خالص است ، مصرف و استفاده از آن در مواد غذایی توسط اداره غذا و داروی ایالات متحده (FDA) تنظیم می‌شود. این ماده پس از مصرف ابتدا در بدن به استالدهید و سپس به دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌شود. برای جلوگیری از نوشیدن الکل خالص مواد دناتورانتی مانند طعم‌دهنده‌های تلخ به آن اضافه می‌شود. دناتورانت‌ها باعث می‌شوند الکل برای مصرف انسان نامناسب شود اما خواص دیگر آن‌را تغییر نمی‌دهد.

در انسان، متانول سمیت بالایی دارد. متانول با دو مکانیسم سمی است. اول، متانول، چه بلعیده شود، چه استنشاق شود و چه از طریق پوست جذب شود، به دلیل خواص مهارکننده CNS مانند روش مسمومیت با اتانول می‌تواند کشنده باشد. دوم، در یک فرآیند مسمومیت، جایی که از طریق فرمالدئید در فرآیندی که توسط آنزیم الکل دهیدروژناز در کبد آغاز می‌شود، به اسید فرمیک متابولیزه می‌شود. واکنش برای تشکیل به طور کامل ادامه می‌یابد، و هیچ فرمالدئید قابل تشخیصی باقی نمی‌ماند. مسمومیت با متانول را می‌توان با پادزهرهای اتانول یا فومپیزول درمان کرد. هر دوی این داروها برای کاهش عملکرد الکل دهیدروژناز بر روی متانول از طریق مهار رقابتی عمل می‌کنند بنابراین بیشتر از این که به متابولیت‌های سمی تبدیل شود، از طریق کلیه‌ها دفع می‌شود. علائم اولیه مسمومیت با متانول شامل افسردگی سیستم عصبی مرکزی، سردرد، سرگیجه، حالت تهوع، عدم هماهنگی، گیجی و با دوزهای کافی زیاد، بیهوشی و مرگ است. علائم اولیه قرار گرفتن در معرض متانول معمولاً کمتر از علائم ناشی از بلع مقدار مشابهی از اتانول است. هنگامی که علائم اولیه از بین رفت، دسته دیگری از علائم، 10 تا 30 ساعت پس از قرار گرفتن در معرض اولیه متانول، شامل تاری یا از بین رفتن کامل بینایی و اسیدوز، ظاهر می‌شوند. این علائم در نتیجه تجمع سطح سمی فرمات در جریان خون است و ممکن است در اثر نارسایی تنفسی تا حد مرگ پیشرفت کند. مشتقات استر متانول این سمیت را ندارند.

سوالات متداول

• آیا اتانول و متانول هردو خوراکی هستند؟

به علت کم بودن اختلاف و فرق اتانول و متانول به اشتباه متانول بجای اتانول خوراکی توسط مردم عادی استفاده می‌شود، که سبب مشکلات جسمانی و کوری و حتی مرگ مصرف کنندگان به راحتی می‌شود . متاسفانه خیلی از افراد سود جود بخاطر قیمت پایین خرید و فروش متانول نسبت به اتانول اقدام به فروش این ماده به‌عنوان اتانول به کارخانجات تولیدی و مردم عادی می‌کنند.

• راهکار تشخیص اتانول طبی از صنعتی به چه شکل است؟

بهترین و در دسترس‌ترین راه برای تشخیص نوع طبی (اتانول بدون ناخالصی متانول) و صنعتی ( اتانول همراه با ناخالصی متانول) تست شعله می‌باشد. دو پنبه را به این مواد به طور جداگانه آغشته نمایید و سپس آتش بزنید. پنبه‌ی آغشته شده به نوع طبی در مرکز آبی و در کناره و انتهای شعله زرد می‌سوزد. پنبه‌ی آغشته شده به اتانول صنعتی اما نارنجی رنگ (همان رنگ الکل صنعتی) می‌سوزد و شعله‌ی آن کوتاه‌تر از شعله‌ی اتانول طبی خواهد بود.

اگر اتانول صنعتی تهیه شده با کمک وایتکس سفید رنگ شده باشد، تست شعله‌ی آن نارنجی رنگ و بسیار کوتاه خواهد بود و پایداری شعله‌ی به وجود آمده بسیار کم می‌باشد. پنبه آغشته شده به آن پس از اشتعال به سرعت خاموش و دیگر مشتعل نمی‌گردد.

• کدام یک بهتر است؟ اتانول یا متانول؟

مقایسه بین کاهش انتشار HC و سوخت‌های مخلوط نشان می‌دهد که متانول موثرتر از اتانول است.

• کدام یک مضرتر است؟ اتانول یا متانول؟

متانول نسبت به اتانول بسیار سمی‌تر است! از اتانول در موارد خوراکی استفاده می‌شود. در حالی که متانول کاملا سمی بوده و چنین قابلیتی ندارد.

• چرا می‌توانیم اتانول را بنوشیم ولی متانول را نه؟

‏به دلیل سمی بودن متانول! متانول گاهی اوقات به محصولات اتانولی با مصارف صنعتی مانند حلال‌ها اضافه می‌شود تا پتانسیل آن‌ها به عنوان نوشیدنی را رد کند.! با افزودن متانول، تولیدکنندگان می‌توانند از مالیات‌های مربوط به مشروبات الکلی اجتناب کنند و محصولات خود را با هزینه کمتر به فروش برسانند.

نتیجه‌گیری

اتانول و متانول دو مورد از پرکاربردترین الکل‌هایی هستند که امروزه در سرتاسر جهان از آن‌ها استفاده می‌کنند. این دو الکل شباهت‌های ظاهری زیادی دارند؛ اما کاربردهای آن‌ها با هم بسیار متفاوت است. متانول بسیار سمی و کشنده است؛ اما بر خلاف آن از اتانول حتی در برخی از نوشیدنی‌های الکلی نیز استفاده می‌شود. برای این که بهتر به تفاوت متانول و اتانول پی ببرید، در این مقاله درمورد این دو ماده الکلی توضیح دادیم، کاربردهای هر کدام را به صورت مجزا بررسی نمودیم و آزمایشی را توضیح دادیم که به کمک آن می‌توان تفاوت این دو ماده الکلی را به آسانی تشخیص داد.

یکی از مواد شیمیایی‌ای که در زندگی روزمره کابردهای بسیار زیادی دارد، سولفات منگنز است. سولفات منگنز را با ترکیب MnSO4-H2O می‌شناسند. این ماده مزه‌ای شیرین دارد و معمولا به صورت پودر صورتی رنگ به فروش می‌رسد. در سال 2005 تقریبا 260000 تن سولفات منگنز در سرتاسر دنیا تولید شد. سولفات منگنز پیش‌ساز فلز منگنز و بسیاری از ترکیبات شیمیایی دیگر است. برای اینکه بیشتر بدانیم که سولفات منگنز چیست و چه کاربردی دارد، ادامه مقاله را مطالعه کنید. در این مقاله درمورد کاربرد سولفات منگنز و نحوه تولید آن توضیح داده شده است.

ساختار سولفات منگنز

سولفات منگنز (Manganese(II) sulfate) با فرمول MnSO4 شناخته می‌شود. درست مانند بسیاری از سولفات‌های فلزی، سولفات منگنز به صورت انواع هیدرات‌ها از جمله مونو هیدرات، تترا‌هیدرات، پنتا‌هیدرات و هپتا‌هیدرات وجود دارد. همه این نمک‌ها قابلیت حل شدن در آب را دارند و وقتی که حل می‌شوند، محلول‌های صورتی کم رنگ را به وجود می‌آورند. سولفات منگنز معمولا به صورت طبیعی در طبیعت یافت نمی‌شود و بسیار نادر است؛ زیرا همیشه به صورت هیدرات است. این ترکیب به‌عنوان یک ماده‌ی غذایی در کشاورزی، صنایع دارویی و پزشکی نقش دارد. شاید اصلی‌ترین کاربرد این ماده را بتوان، به‌عنوان کود در کشاورزی دانست.

خواص فیزیکی و شیمیایی سولفات منگنز

فرمول مولکولی	MnSO4
جرم مولی	151.001 g/mol (anhydrous) 169.02 g/mol (monohydrate) 223.07 g/mol (tetrahydrate) 277.11 g/mol (heptahydrate)
شکل ظاهری	کریستال های سفید (بی آب) جامد صورتی کم رنگ (هیدرات)
چگالی	3.25 g/cm3 (anhydrous) 2.95 g/cm3 (monohydrate) 2.107 g/cm3 (tetrahydrate)
نقطه ذوب	710 °C (1,310 °F; 983 K) (anhydrous) 27 °C (tetrahydrate)
نقطه جوش	850 °C (1,560 °F; 1,120 K) (anhydrous)
حلالیت در آب	52 g/100 mL (5 °C) 70 g/100 mL (70 °C)
انحلال پذیری	خیلی کم در متانول حل می شود. نامحلول در اتر و اتانول.

تهیه سولفات منگنز

در ابتدا برای تهیه این ماده سنگ معدن منگنز را به صورت سولفات منگنز خالص تهیه می‌کنند. برای این کار می‌توان در آزمایشگاه طبق فرمول زیر با تصفیه دی اکسید منگنز با دی اکسید گوگرد، سولفات منگنز خالص به دست آورد. به این صورت که با افزودن آب و پودر دی اکسید منگنز یا کربنات منگنز به مخزن، ایجاد هم‌زدگی مناسب و دمیدن گاز دی‌اکسید گوگرد (SO₂) حاصل از سوزاندن گوگرد عنصری به محلول و کاهیدن دی‌اکسید منگنز معلق در آب، می‌توان آن را تبدیل به سولفات منگنز محلول نمود. (علت استفاده از گاز گوگرد دی‌اکسید به جای واکنش مستقیم پیرولوسیت با سولفوریک اسید، عدم انحلال مستقیم این کانی در سولفوریک اسید می‌باشد)

پس از انجام عملیات انحلال، محلول حاصل فیلتر شده تا مواد نامحلول از آن جداسازی شود و سپس محلول زلال حاصله تغلیط شده و پس از سرد شدن، کریستال‌های سولفات منگنز هفت آبه تشکیل می‌شوند. همچنین می‌توان محلول حاصله را با استفاده از دستگاه اسپری درایر خشک نموده و پودر سولفات منگنز خشک (تک آبه) بدست آورد. جهت اجرای این فرآیند می‌بایست توجه نمود گه گاز دی‌اکسید گوگرد بسیار سمی بوده و استشمام آن می‌تواند منجر به خونریزی در مجرای تنفسی، خفگی، سوختن چشمان و مرگ شود.

MnO₂ + SO₂ + H₂O = Mnso₄ (H₂O)

البته به غیر از این روش، برای به دست آوردن سولفات منگنز می‌توان ماده خام را با مقداری پرمنگنات پتاسیم با بی‌سولفات سدیم و پراکسید هیدروژن نیز مخلوط کرد. سولفات منگنز در واقع یک محصول جانبی از اکسیداسیون‌های مختلف صنعتی است که از دی‌اکسید منگنز استفاده می‌کند.

مشتقات سولفات منگنز

منگنز سولفات به وسیله واکنش‌های شیمیایی مختلفی به دی‌اکسید منگنز تبدیل می‌شود که شرح آن به قرار زیر می‌باشد:

• الکترولیز منگنز سولفات: طی این فرآیند دی‌اکسید منگنز الکترولیتی (EMD) به دست می‌آید. برای الکترولیز کردن سولفات منگنز کافی است که واکنش فوق را معکوس کرد تا دی‌اکسید منگنز به دست آید. به طور کلی اکسیداسیون سولفات منگنز با پرمنگنات پتاسیم منجر به تولید دی‌اکسید منگنز شیمیایی خواهد شد که از آن معمولا در باتری‌های سلول خشک استفاده می‌شود.
• اکسیداسیون منگنز سولفات با پتاسیم پرمنگنات: محصول این واکنش دی‌اکسید منگنز شیمیایی (CMD) می‌باشد.

کاربردهای سولفات منگنز

• پزشکی 

از سولفات منگنز معمولا برای درمان، کنترل، پیشگیری و بهبود برخی از بیماری‌هایی که علائم زیرا را دارند استفاده می‌شود:

• سطح پلاسمایی منگنز (Manganese plasma levels)
• تخلیه ذخایر درون‌زا (Depletion of endogenous stores)
• سندرم کمبود مواد مختلف در بدن

• داروها

این ماده یک مکمل غذایی، ضد اسید و ملین است که برای درمان کمبود منگنز و پوکی استخوان می‌توان آن را به کار برد. همچنین در درمان فشار خون بالا نیز مؤثر است.

• کشاورزی

همچنین به غیر از کاربردهای دارو از کاربرد سولفات منگنز می‌توان در کشاورزی نام برد. به عنوان مثال از این ماده برای تامین منگنز خاک جهت تغذیه گیاهان و همچنین در بسیاری از صنایع شیمیایی برای استخراج فلز روی از خاک استفاده می‌کنند. تمامی گیاهان به منگنز نیاز دارند. منگنزی که در خاک وجود دارد، به صورت کاتیون دو ظرفیتی در گیاهان قابل جذب است و در صورتی که میزان منگنز در خاک کم باشد، رگبرگ‌های گیاه زرد و رشد سرشاخه‌ها نیز متوقف خواهد شد.

همچنین امکان تهیه کنسانتره و خوراک دام طیور، استفاده به عنوان کود و استفاده برای تولید شمش نیز دیگر کاربردهای سولفات منگنز هستند.

• سایر کاربردها

از دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به:

• ساخت رنگ‌ها
• به‌عنوان کاتالیزور در سنتز اسیدهای چرب
• ساخت محصولات منگنز
• الکترولیز فلزات منگنز
• در صنعت کاغذ و پرینتر

اشاره کرد.

اثرات جانبی سولفات منگنز

در کنار کاربرد سولفات منگنز ، ممکن است که یک سری عوارض نیز وجود داشته باشد. عوارض سولفات منگنز تنها در صورتی خود را بروز می‌دهند که فرد برای مدت طولانی در معرض مقدار زیادی از ماده بوده باشد. رخ دادن این عوارض در هر فرد می‌تواند متفاوت باشد و همچنین برخی از آن‌ها ممکن است در افراد اصلا بروز پیدا نکنند. اما با این حال در صورتی که فکر می‌کنید علائم زیر را دارید، در اولین فرصت به پزشک خود مراجعه کنید:

• علائم اکستراپیرامیدال (Extrapyramidal)
• هیپرمنگسمی (Hypermanganesemia)
• اختلال در ترشح صفراوی (biliary secretion)
• بیماری کلستاتیک کبد (Cholestatic liver)

علاوه بر این کاربرد سولفات منگنز و عوارض احتمالی که در این جا گفته شد، امکان بروز عوارض دیگری نیز وجود دارد. زیرا این لیست جامع نیست. به همین دلیل اگر متوجه عوارض جانبی دیگری شدید که در این جا ذکر نشده است، حتما موضوع را با پزشک خود در میان بگذارید.

نگهداری و موارد احتیاط در استفاده از سولفات منگنز

قبل از قرارگیری در معرض ماده یا استفاده داروهای حاوی این ماده حتما با پزشک خود درمورد دارو‌هایی که هم‌اکنون استفاده می‌کنید صحبت کنید. همچنین در صورتی که از آلرژی‌ها، بیماری‌ها و به طور کلی مشکل جسمی خاصی رنج می‌برید، حتما این موضوع را با پزشک در میان بگذارید؛ زیرا در کنار کاربرد سولفات منگنز باید گفت که این ماده ممکن است شرایط سلامتی شما را بدتر کند.

بهترین مکان برای نگهداری از سولفات منگنز در یک ظرف در بسته در یک مکان خنک، خشک و تهویه‌دار است. همچنین مهم است که ماده را در برابر آسیب‌های فیزیکی محافظت کنید. به همین دلیل بهترین مکان برای نگهداری از آن، مکانی است که حداقل رفت و آمد در آن وجود دارد.

سوالات متداول

• آیا قرار گرفتن در معرض سولفات منگنز در دوران باداری می‌تواند خطرناک باشد؟

سولفات منگنز عوارض جانبی جدی ندارد. اما برای اینکه اطمینان پیدا کنید، حتما با پزشک خود در تماس باشید.

• آیا قرار گیری در معرض این ماده هنگام کار با ماشین آلات سنگین خطرناک است؟

در کاربرد سولفات منگنز باید گفت که اگر در معرض این ماده هستید یا داروهای شامل آن را مصرف می‌کنید باید بدانید که یکی از عوارض دارو افت فشارخون، سرگیجه و خواب‌آلودگی است. به همین دلیل اگر کار با وسایل نقلیه یا مایشن آلات سنگین و به طور کلی وسایلی که نیاز به هوشیاری کامل دارند، بعد از استفاده این دارو چندان ایمن نیست.

• آیا سولفات منگنز یک نمک است؟

بله، سولفات منگنز، نمک تجاری منگنز است که به شکل جامد صورتی رنگ وجود دارد.

• حلالیت سولفات منگنز به چه چیزی بستگی دارد؟

حلالیت آن در آب باتوجه به دما تغییر می‌کند.

نتیجه‌گیری

امروزه مواد شیمیایی نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ما دارند و از آن‌ها استفاده‌های بسیار زیادی می‌شود. یکی از این مواد پرکاربرد سولفات منگنز است که از آن در صنایع کشاورزی، شیمیایی و به خصوص داروسازی استفاده‌های بسیار زیادی می‌شود. برای مثال از این ماده در تولید داروها یا کودهای کشاورزی استفاده می‌کنند. برای اینکه بیشتر با کاربرد سولفات منگنز آشنا شوید و بیشتر درمورد آن بدانید، در این مقاله در رابطه با سولفات منگنز توضیح دادیم.

تیتراسیون فرایندی است که در آن غلظت یک محلول مشخص می‌شود و در این فرایند از یک تیترانت استفاده می‌شود. محلول پتاسیم هیدروکساید و سدیم هیدروکساید دو تیترانت معروف هستند که در فرایند تیتراسیون از آن‌ها استفاده می‌شود. پتاسیم هیدروکساید با فرمول KOH یکی از قوی‌ترین بازهاست که در صنعت کاربردهای زیادی از جمله خنثی کردن اسیدها را دارد. ما در این مقاله به طور مشخص به نحوه تهیه محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید می‌پردازیم. محلول پتاسیم هیدروکساید به راحتی و با مخلوط کردن پتاسیم هیدروکساید جامد با آب مقطر به دست می‌آید. اما فرایند استاندارد تهیه این محلول کار ساده‌ای نیست. برای آشنایی با روش استاندارد تهیه محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید، بهتر است تا انتهای این متن را بخوانید.

تیترانت و تیتراسیون چیست؟

پیش از نحوه تهیه محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید باید با مفهوم تیترانت و تیتراسیون آشنا شویم. تیترانت محلولی با غلظت مشخص است که برای تعیین غلظت یک محلول دیگر استفاده می‌شود. نام‌های دیگر تیترانت، معرف یا محلول استاندارد است. تیتراسیون نیز نوعی روش آزمایشگاهی برای تعیین غلظت ناشناخته یک محلول است. از پتاسیم هیدروکساید در غلظت‌های 1 و 5، در فرایند تیتراسیون استفاده می‌شود.

هیدروکسید پتاسیم ۱۰%

هیدروکسید پتاسیم یک قلیایی قوی است که مدت‌هاست برای هضم پروتئین‌ها، لیپید‌ها و سایر بقایای اپیتلیال خراش‌های پوست و شناسایی عفونت‌های قارچی شناخته شده است. هیدروکسید پتاسیم ۱۰% به صورت محلول عرضه می‌شود و بیشتر برای درمان عفونت‌های قارچی و ویروسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نحوه و روش محلول‌سازی پتاسیم هیدروکساید

برای تهیه یک محلول پتاسیم هیدروکساید 10 درصد باید مراحل زیر را طی کنید:

1. 10 گرم پتاسیم هیدروکساید را بر روی لام بگذارید و آن را وزن کنید.
2. ماده شیمیایی را به ظرفی منتقل کنید که در بسته باشد و اندازه‌‌گذاری شده باشد.
3. 50 میلی لیتر آب مقطر اضافه کنید تا پتاسیم هیدروکساید به طور کامل حل شود. باقی‌مانده آب را به محلول اضافه کنید تا حجم آن به 100 میلی‌لیتر برسد.
4. محلول را برچسب بزنید و در آن را بگذارید. اگر محلول را در دمای اتاق نگهداری کنید، تا 2 سال قابل استفاده خواهد بود.

توجه: پتاسیم هیدروکساید یک ماده شیمیایی بسیار خورنده است و حتما باید در ظرف دربسته نگهداری شود. مطمئن شوید که بعد از تهیه محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید، در ظرف را محکم بسته‌اید.

 نرمالیته‌های (غلظت‌های مختلف) روتین و پرکاربرد محلول پتاسیم هیدروکساید

پرکاربردترین غلظت محلول پتاسیم هیدروکساید، 0.1 است. غلظت 1، 5، 10 و 20 هم در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرد. محلول‌های آن با غلظت حدود 5% در تماس با پوست تحریک کننده هستند. با غلظت‌های بالاتر از 20% خورنده هستند. یک باز قوی و دارای خاصیت خورندگی است که می‌تواند به پوست و بافت‌های بدن نفوذ کند. تماس پوست و یا چشم با محلول‌های KOH می‌تواند باعث سوختگی، تحریک شدید و حتی ایجاد نابینایی گردد. استنشاق این باز خورنده می‌تواند به غشای مخاطی و ریه‌ها آسیب برساند. در صورت بلعیده شدن، بسیار سمی است و می‌تواند منجر به آسیب دائمی بافتی و یا حتی مرگ شود.

موارد استفاده از تیترانت پتاسیم هیدروکساید

در کل عمده‌ی مصرف این ترکیب در کشاورزی است که پتاسیم یکی از عناصر غذایی اولیه موجودات زنده جانوری و گیاهی است. کودهای پتاسیم بعد از نیتروژن و فسفر، سومین کود از نظر مصرف هستند، کودها 95% از مصرف پتاسیم را به خود اختصاص داده‌اند و کمتر از 10 درصد آن به مصرف تهیه مواد شیمیایی می‌رسد.

• این ماده به عنوان یک ماده آب‌زدا عمل می‌کند و به دلیل بالا بودن میل ترکیبی هیدروکسید پتاسیم با آب، در آزمایشگاه‌ها از آن به عنوان ماده خشک کننده استفاده می‌کنند. و برای آب‌زدایی از حلال‌های اساسی، به ویژه آمین‌ها و پیریدین‌ها استفاده می‌شود.
• هیدروکسیدپتاسیم، بازی قوی و تشکیل دهنده محلول‌های قلیایی در آب و دیگر حلال‌های قطبی است. این محلول‌ها قادر به پروتون‌زدایی بسیاری از اسیدها، حتی اسیدهای ضعیف، هستند در شیمی تجزیه تیتراسیون با استفاده از محلول‌های پتاسیم برای سنجش اسیدها استفاده می‌شود.
• این ماده برای تولید چندین مواد شیمیایی دارای پتاسیم مانند پتاسیم آلومینات، برومات، برومید، فرمالیت، گلوکونات، لائورات و غیره استفاده می‌شود.
• پتاسیم هیدروکسید برای کاهش اسیدیته و تنظیم pH محلول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• برای مطالعه‌ی آناتومی حشرات نیز از پتاس استفاده می‌شود، زیرا سرعت تجزیه بافت نرم را کاهش می‌دهد.
• برخی از گونه‌های قارچ‌های قهوه‌ای، قارچ براکت، بولتز و غیره، پس از استفاده از محلول آبی KOH بر روی آن‌ها و تعییر رنگ، شناسایی می‌شوند. به تشخیص عفونت قارچی روی پوست کمک می‌کند.

یکی از موارد استفاده از این محلول همانطور که قبلا اشاره کردیم، تعیین غلظت محلول‌های ناشناخته است. در این روش یک بشر حاوی محلول ناشناخته یا آنالیت داریم و قصد داریم که غلظت آن را تعیین کنیم. تیترانت پتاسیم هیدروکساید را بر روی بورت یا پیپت می‌گذارید و آن را به صورت قطره‌ای به محلول اضافه می‌کنید. حتما باید بدانید که چه مقدار محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید به آنالیت اضافه کرده‌اید. تا زمانی که محلول تغییر رنگ نداده است، این کار را انجام دهید. تغییر رنگ نشان دهنده پایان تیتراسیون است. نسبت مولی بین واکنش‌دهنده‌ها در یک معادله شیمیایی، باعث تعیین غلظت آنالیت می‌شود.

اگر از محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید بگذریم، باید بگوییم که خود محلول پتاسیم هیدروکساید در طیف گسترده‌ای از صنایع غذایی، داروسازی، کشاورزی و تولید شیشه استفاده می‌شود. همچنین این محلول یک الکترولیت در تولید باتری‌های قلیایی است و در باندهای فرودگاه نوعی یخ زداست.

روش استاندارد در تیتراسیون محلول پتاسیم هیدروکساید

شما باید غلظت دقیق محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید را در فرایند تیتراسیون تعیین کنید. شاید برایتان سوال پیش بیاید که چرا نمی‌توانید به سادگی با حل کردن مقداری پتاسیم هیدروکساید یک محلول دقیق تهیه کنید. باید بگوییم که پتاسیم هیدروکساید به طور خالص موجود نیست و از هوا آب جذب می‌کند. به همین دلیل باید به روش استاندارد تیتراسیون را انجام داد.

برای تیتراسیون محلول پتاسیم هیدروکساید باید از یک محلول استاندارد مانند پتاسیم هیدروژن فتالات یا KHP استفاده کنید.

روش استانداردسازی محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید 0.1 به صورت زیر است:

1. با دقت 20.4 گرم از ماده پتاسیم هیدروژن فتالات که به اختصار KHP نوشته می‌شود را وزن کنید و آن را در یک لیتر آب مقطر حل کنید. با این کار یک محلول استاندارد KHP درست کرده‌اید. KHP به دلیل خلوص بالایی که دارد، غلظت مشخصی نیز دارد.
2. حال 25 میلی‌لیتر از محلول KHP را با بورت یا پیپت به ارلن اضافه کنید و 2 یا 3 قطره معرف فنل‌فتالئین را به آن اضافه کنید.
3. سپس برای انجام فرایند تیتراسیون محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید را اضافه کنید. نیاز است که 15 میلی‌لیتر اول محلول را به آرامی اضافه کنید. ارلن را به آرامی تکان دهید تا دو محلول با یکدیگر مخلوط شوند. احتمالا بعد از 20 ثانیه محلول از بی‌رنگ به صورتی کم رنگ تغییر رنگ می‌دهد. برای تشخیص تغییر رنگ می‌توانید یک تکه کاغذ سفید را در محلول قرار دهید. واکنش شیمیایی به شرح زیر است:

KOH + KH₈H₄O₄ = H₂O + K₂C₈H₄O₄

4. حال فرض کنید که می‌خواهید با محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید غلظت یک محلول را اندازه‌گیری کنید. این محلول سرکه یا استیک اسید است. محلول استاندارد شده پتاسیم هیدروکساید را به سرکه اضافه کنید تا تغییر رنگ دهد. با قرار دادن مقدار مولکولی و حل یک معادله استوکیومتری، شما قادر هستید که مقدار غلظت سرکه را تعیین کنید. معادله این واکنش به صورت زیر است:

HC₂H₃O₂ + KOH = H₂O + KC₂H₃O₂

در انجام هر کار باید مقدار دقیق هر ماده را یادداشت کنید تا در انتها غلظت ماده مورد نظر را به دقت به دست بیاورید.

روش نگهداری و بسته‌بندی پتاسیم هیدروکساید

با توجه به تعداد میل هیدروکسید پتاسیم، این مواد در آزمایشگاه‌ها به صورت ماده خشک استفاده می‌شود. در کل این ترکیب باید در انباری خشک، سربسته و با تهویه‌ی مناسب باشد که به دور از هر گونه مواد ناسازگار با این ترکیب قرار داشته باشد.

نتیجه‌گیری

محلول تیترانت پتاسیم هیدروکساید در تیتراسیون اسید و باز مورد استفاده قرار می‌گیرد. شما باید در هنگام انجام تیتراسیون به طور دقیق اندازه هر ماده را در یاد داشته باشید تا در هنگام انجام محاسبات دچار خطا نشوید. ما در این مقاله روش استاندارد انجام تیتراسیون پتاسیم هیدروکساید را بررسی کردیم. شما می‌توانید از هیدرو کلریک اسید به جای پتاسیم هیدروژن فتالات استفاده کنید. البته بهتر است که از محلول پتاسیم هیدروژن فتالات استفاده کنید؛ زیرا این ماده خالص است و خطای آزمایش را به صفر می‌رساند.

پتاسیم هیدروکساید که با نام‌های لیمو، پتاسیم و پتاس سوزآور نیز در میان عموم جا افتاده است، یکی از مواد معدنی است که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد.

مکانیزم حذف دی اکسید کربن و سولفید دی‌هیدروژن از گاز طبیعی یا همان شیرین‌سازی گاز طبیعی، فرآیندی است که برای بهبود کیفیت گاز استفاده می‌شود. همواره از این روش برای مناسب کردن گاز طبیعی برای حمل و نقل و فروش استفاده می‌شود. این عناصر به دلیل اینکه خاصیت خورندگی و سمی دارند، باید از گاز طبیعی حذف شوند تا شیرین سازی گاز صورت بگیرد و گاز طبیعی، تبدیل به گازی شیرین شود که خالی از دی‌اکسید کربن و سولفید دی‌هیدروژن است. ما در این مقاله به مکانیزم حذف دی‌اکسید کربن و سولفید دی‌هیدروژن از گاز طبیعی می پردازیم؛ پس در ادامه با ما همراه باشید تا با فرآیند شیرین‌سازی گاز طبیعی آشنا شوید.