נוסח השאלה המלא: כיצד ניתן להפריד אמולסיה (נוזל קירור בעיבוד שבבי) כך שניתן יהיה לשלוח את השמן (מינראלי) למחזור ואת המים להזרים לביוב ?

בעת עיבוד שבבי של מתכות (למשל כאשר חורטים / קודחים / מכרסמים במתכת כדי ליצור מבנה מתכתי מורכב, כמו בורג למשל) נהוג להשתמש בכמויות גדולות של תחליב=אמולסיה של שמן ומים, המותזות על האיזור שאותו רוצים לעבד. אמולסיה או תחליב (בעברית) אפשר לתאר (בצורה לא מדעית) כ'דרגה אחת מתחת לתמיסה', כאשר מה שקורה בפועל הוא ששני נוזלים לא מתמוססים טוב זה בזה, ובעצם נוזל אחד יוצר טיפות קטנטנות בתוך הנוזל השני, הטיפות הקטנטנות הללו גורמות לאור המואר על האמולסיה להישבר לכל הכיוונים, והתוצאה – האמולסיה ניראית לבנה, כמו חלב, או כמו המשקה ערק לאחר שהוסיפו לו מים. (גם חלב הוא תחליב, חלב מכיל כ-3% שומן שנמצא מרחף כאמולסיה בתוך מים), וגם באופן עקרוני, דומה לטיפות המים הקטנטנות המרכיבות את הענן – שגם נראה לבן.
בעיבוד השבבי משתמשים באמולסיה שמן-מים כאשר לכל חומר תפקיד עיקרי שונה: המים – משמשים בעיקר לקירור המערכת (למים קיבול חום אדיר, והם נוזל קירור מצויין) ובכך שומרים על תכונות המתכות, ומגינים מפני תגובות חימצון ושריפה שעלולות להתרחש בטמפ' גבוהה שעלולה להתפתח בקלות עקב החיכוך בעת העיבוד. והשמן – משמן ומונע מהמקדח / סכין החריטה להיתקע בתוך המתכת אותה הוא מעבד.


מחרטה ישנה לעיבוד מתכות, צילום: Ukexpat, תמונה באדיבות ויקיפדיה

אם הבנתי נכון, ישנה בעיה לשפוך את האמולסיה כפי שהיא לביוב, ואתה רוצה להפריד אותה חזרה לשמן ולמים. בעבר כבר נענתה שאלה דומה על הפרדת אמולסיה שנוצרת בעת עירבוב שמן וערק, ובאופן עקרוני התשובה הפעם דומה. ובכן – כיוון ששמן ומים לא מתערבבים באמת ליצירת תמיסה, כל מה שצריך הוא סבלנות, אם תאגור את האמולסיה בתוך כלי גדול ותמתין מספיק זמן – סביר שלאט לאט טיפות השמן יתאחדו להן, ובסוף השמן יצוף על פני המים – באמצעות ברז שימצא בתחתית הכלי תוכל לנקז את המים בלבד (אם תהייה מספיק רגיש ומהיר בפתיחה וסגירה של הברז). דרך אגב – בעת יצור שמן זית בכבישה קרה, מועכים וסוחטים זיתים, ומה שמתקבל הוא – אמולסיה (לא מתקבל שמן נקי) את האמולסיה הזו משאירים לנוח במשך מס' שבועות עד שהשמן צף על פני המים.
אם אתה רוצה להאיץ את התהליך – אפשר להשתמש ב'טריק' של בתי-בד מודרניים, שלא רוצים להמתין זמן ארוך – ומשתמשים בצנריפוגה, בעת סיבוב התמיסה בצנטריפוגה הכוחות הצנטריפוגלים החזקים יפרידו את המים והשמן במהירות, על פי משקלם הסגולי (כיוון שבצנטריפוגה ניתן להגיע לכוחות חזקים בהרבה מכוח המשיכה, ניתן להאיץ באמצעותה את תהליך ההפרדה).  


אמולסיה שנוצרה בהוספת מים למשקה 'ערק'. (תמונה נלקחה מויקיפדיה)  

שיטה אחרת – הוספת מלח (למשל מלח בישול) למים: שיטה ידועה בכימיה להאצת הפרדת אמולסיות של מים ושמן. המלח – בגלל שהוא חומר יוני (המורכב מאטומים הטעונים מטען חשמלי חיובי ושלילי) מעלה את הקוטביות החשמלית של המים, כיוון ששמן הוא חומר לא-קוטבי, הוא ידחה ביתר-שאת מתוך המים, ותהליך הפרדת האמולסיה יואץ.
שיטה אחרונה – דומה לתהליך יצור 'שמן מזוכך': להוסיף ממס אורגני נדיף כמו דיכלורומתאן (CH2Cl2) או אֶתֶר לאמולסיה – ממסים כאלה לא קוטביים, ולא נמסים במים, אבל ימיסו בקלות את השמן (הלא-קוטבי) בתוכם, שוב ייווצרו שתי שכבות של מים ושמן שניתן להפריד ביניהם באמצעות ברז הנמצא בתחתית הכלי. כיוון שחומרים הללו נדיפים – הם יתנדפו במהירות מתוך השמן אחרי ההפרדה (אולם יש להיזהר מלנשום את האדים בכמות גדולה, כי עלולים לגרום נזק לבריאות).  

- שימו לב - מידע נוסף על הפרדת אמולסיות, בפורום התגובות שבתחתית התשובה.

מאת:ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

16 תגובות

  • עמרי

    אמולסיות חמות (יציבות בטמפ' של מעל 100)

    שלום רב,
    האם יש אמולסיות חמות שנשארות יציבות למשך זמן בטמפ' של 100 - 200 מעלות? אשמח לדוגמאות באילו תעשיות משתמשים באמולסיות כאלו?
    כמו כן, מהם האמולסיפיירים שבהם משתמשים כדי לייצב אמולסיות בטמפרטורות כאלו?
    תודה!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מעל 100 מעלות?

    היי עמרי
    מעל 100 מעלות מים רותחים, הופכים לגז (בלחץ אטמוספרי) - ולכן ברגע שתחמם אמולסיה לטמפרטורה כזו, ובטח מעל, כבר לא ישאר לך מים באמולסיה (הם יתאדו עם הזמן) כך שאין מה לדבר על 'יציבות' במצב כזה... אין אפשרות לאמוסיה כזו באוויר הפתוח לזמן ארוך.
    רק אם עובדים בלחצים גבוהים יותר (מתחת לאדמה או במיכלי לחץ סגורים), נגיד בתעשיית הנפט - אפשר להגיע לעיתים לאמולסיות בטמפרטורות גבוהות יותר.
    אני שולח קישור למחקר שבדק הוספת חלקיקי שעווה כדי לייצב אמולסיות בטמפ' גבוהות:
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19406414
    עוד קישור למחקר הקשור לתעשיית הנפט:
    https://www.onepetro.org/journal-paper/PETSOC-78-02-08
    וכאן קישור לויקיפדיה של תעשיית הנפט, על אמולסיות בטמפ' גבוהות, שם זה רלוונטי:
    http://petrowiki.org/Heating_oil_emulsions

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • סטודנטית

    השפעת הוספת מלח לאמולסיה

    היי
    כאמור מלח משפיע על יציבות אמולסיה ויכול לגרום להפרדה שלה. אבל יכול להיות מצב שבו במקום שבירה מלאה של האמולסיה וחזרה ל2 פאזות ברורות - מים ושמן, יהיה תהליך של -creaming? שבו התמיסה מעט עכורה ולמעלה יש מעין שכבה עם טיפות שומן? האם העלאת ריכוז המלח במקרה זה יביא למצב של הפרדת אמולסיה מלאה?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    כן

    שלום לסטודנטית
    התשובה לשאלתך היא כן, מקרים שתיארת קורים לפעמים. נהוג בדרך כלל להשתמש בתמיסת מלח רוויה – כלומר בתמיסה המרוכזת ביותר האפשרית. עלי לציין שמניסיוני לפעמים יש אמולסיות שממש קשה לשבור, וצריך לנסות שיטות אחרות (אולי למצות את השמן עם ממס אחר כמו דיכלורואתן?).
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • beni

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    <p dir="RTL">
    השאלה מה אתה מגדיר &#39;באופן טבעי&#39; (naturally)?<br />
    ללא שום תוסף - אמוסליה של מים ושמן צפוייה להפרד לשתי פאזות כעבור מספיק זמן - כי זה המצב היציב, מים ושמן אינם מסיסים זה בזה. שים לב שאחת מההגדרות / דרישות של/ מ &quot;חומר שהוא שמן&quot;, &nbsp;היא חומר שלא נמס במים, כך שאם ה&quot;שמן&quot; נמס במים &ndash; הוא מפר את ההגדרה שלו, כך שהוא לא שמן. כלומר תמיד בערבוב שמן ומים לא תיווצר תמיסה אלא בועות של שמן בתוך מים.</p>
    <p>
    מצד שני - אם תערבב מים ושמן בצורה חזקה מאוד - ותשתמש באמולסיה שנוצרת מיד, תוכל להשתמש בהם כאמולסיה. כדי לערבב מים ושמן ממש - דרוש תוסף של חומר פעיל שטח / סבון. להרחבה אתה יכול לקרוא את התשובה לשאלה: <a href="http://davidson.weizmann.ac.il/online/askexpert/chemistry/%D7%9E%D7%93%D...מדוע קשה לנקות שמן מכלי פלסטיק?</a></p>

  • בועז

    האם אפשר להפריד אמולסיות גם בשימוש בגלי קול?

    האם גלי קול יכולים להפריד אמולסיה לשמן ומים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    כן, בהחלט. גלי קול יכולים גם ליצור אמולסיה (עוזרים לחלקיקים להתפזר זה בזה) וגם להפריד אמולסיות, לכך יש לבחור בקפידה את התדירות של הגלים (מספר ה'שיאים' וה'גאיות' של גל הקול בשנייה) ואת עוצמתם ("גובה" הגל - המכונה משרעת או אמפליטודה) – ולהתאים לסוג האמולסיה. זה נושא חדש יחסית – ועדיין תחת מחקר למצוא את התנאים האופטימליים. להסבר מפורט – קישור למאמר מדעי העוסק בנושא (באנגלית): http://www.benthamscience.com/open/toacoj/articles/V001/66TOACOJ.pdf

  • נתי

    עוצמת גלי קול

    אם אני לא טועה, עוצמת גלי קול קשורה לאמפליטודת הגל ('משרעת' הגל) ולא לאורך הגל (ובכלל, אורך הגל קשור לתדירות, עבור מהירות גל זהה, ולכן אם בחרתי את התדירות אני כבר לא יכול לבחור את אורך הגל).

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    צודק

    תודה נתי, אתה כמובן צודק. כנראה התבלבלתי בגלל שבאור האנרגיה תלוייה באורך הגל.
    תוקן.

  • סטודנט

    הפרדה "פשוטה", באופן כללי

    שיטה די פשוטה להפרדת שני חומרים שלא מתמוססים טוב אחד בשני נקראת מיצוי, והיא הוספת ממס כלשהו לאמולסיה, שבו אחד החומרים מסיס טוב, ומיצוי אחד החומרים מהתמיסה הכללית. באמולסיה של חומר אורגני ואי אורגני (כמו שמן ומים) אתה יכול להוסיף לאמולסיה Dichloroethane או Cyclohexane, לערבב, לחכות מעט, ולראות בהווצרות 2 שכבות. החומר האורגני ימצא ברובו בממס האורגני, וכעת אתה יכול להפריד את השכבות ולנדף את הממס האורגני שהוספת בכל מיני שיטות, כמו נידוף בואקום וכד'.

    זו כמובן דוגמה מאוד פשוטה ותיאור מאוד כללי לתהליך. יש עוד הרבה פרטים בהפרדה ע"י מיצוי שאין טעם לפרט כאן כי הם די מורכבים.

  • אבי סאייג.

    אכן

    אכן נכון.

    שיטת המיצוי (extraction) - היא ה'שיטה האחרונה' המתוארת בתשובה, פשוט שכחתי לציין את שמה.

    אבי

  • בועז גרינפלד

    הפרדת אמולסיות

    באם מעבירים אמולסיה( נניח חלב ) דרך שדה מגנטי האם הדבר יפריד את החלב לשנתי פאזות שונות (שמן ומים)? תודה מראש על תשובתך המנומקת

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    תשובה מנומקת ממש, אין לי. אינטואיטיבית לא נראה לי ולו רק בגלל הסיבה שמים מושפעים בצורה מאוד חלשה משדה מגנטי, וכך גם שמן, כך שלא סביר שיצליח לגרום לאיזושהי הפרדה. בשביל הפרדה - צריך התנהגות שונה (למשל יכולת התמוססות) של שני חומרים ביחס לגורם אחר.

  • ניהאי פראג'

    שיטות הפרדה

    אבי שלום,
    האם תוכלי בבקשה להוסיף מאמר המסכם את שיטות ההפרדה (מיצוי, סינון, זיקוק, כרומוטוגרפיה) עם דוגמאות להפרדת חומרים בכל שיטה?. בנוסף הגרדות לתערובות, תמיסה הומוגנטית והטרוגנית?
    תודה מראש,
    ניהאי

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןעידו מגן

    כתבה לבקשתך

    <p>
    ניהאי שלום,</p>
    <p>
    מתנצל על העיכוב - הנה <a href="http://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/chemistry/%D7%A9%D7%99%...הכתבה</a>.</p>
    <p>
    עידו</p>