נוסח השאלה המלא: מה זה salting in/out וכיצד הן עוזרות כשיטות הפרדה בתעשייה?

לפני קריאת תשובה זו, מומלץ לקרוא את התשובה המסבירה כיצד נקבעת מסיסות של חומרים זה בזה. כפי שמוסבר בתשובה הנ"ל, כדי שחומרים ימסו זה בזה עליהם להיות דומים אחד לשני מהבחינה הכימית, ובעיקר מבחינת רמת ה"קוטביות החשמלית" שלהם: חומרים מקוטבים חשמלית נוטים להתמוסס הייטב בתוך ממסים מקוטבים חשמלית (למשל מלח בישול, שהוא חומר מאוד מקוטב חשמלית כי בנוי מיונים, כלומר מאטומים שטעונים מטען חשמלי, נמס היטב בתוך מים שהם חומר מאוד מקוטב חשמלית) וההפך, חומרים לא מקוטבים חשמלית נוטים להתמוסס בתוך ממסים לא מקוטבים חשמלית (למשל איפור או אודם, שבנויים בעיקר מתרכובות אורגניות לא מקוטבות חשמלית, לא נמסים במים טוב, אבל נמסים מצויין בתוך שמן פארפין ("שמן תינוקות") שדומה להם מבחינת החוסר הקיטוב החשמלי, ולכן קל מאוד להסיר איפור באמצעותו).


כלי איפור שונים, לא נמסים טוב במים אך נמסים בשמן. צילום: KaurJmeb

מחשבה על עיקרון המסיסות הובילה את הכימאים לפתח את השיטה המתוחכמת של salting in / out ("המלחה פנימה / החוצה"). השיטה מבוססת על הרעיון הבא: אם חומרים נמסים בממסים הדומים להם מבחינת הקיטוב החשמלי, ולא נמסים בממסים השונים מהם מבחינת הקיטוב החשמלי, אז – אם נצליח לשנות את הקיטוב החשמלי של ממסים בצורה רציפה נצליח לשנות את המסיסות של חומרים בצורה רציפה.
ואיך משנים את הקיטוב החשמלי של ממס מסוים? – פשוט על ידי הוספה של חומר בעל קוטביות חשמלית שונה לממס, כך שבסה"כ באופן ממוצע הקיטוב החשמלי משתנה. ספציפית – נניח שיש לי מים, ואני רוצה להעלות את הקיטוב החשמלי שלהן, כל מה שצריך לעשות הוא להוסיף להם מלח, למשל מלח בישול. מלח בישול (NaCl), הוא תרכובת של נתרן (Na) וכלור (Cl), שכאמור נמצאים במצב של יונים, אלקטרון (הטעון מטען חשמלי שלילי) עבר מהנתרן לכלור, מה שהפך את הכלור להיות טעון מטען חשמלי שלילי (מכונה אניון) ואילו הנתרן טעון במטען חשמלי חיובי (קטיון) בגלל האלקטרון השלילי שאיבד. תרכובת יונית היא מאוד מקוטבת מבחינה חשמלית (למעשה – זה הקיטוב המוחלט, כאשר אלקטרון שלם עבר מאטום לאטום) ולכן ככל שיש יותר מלח בישול במים, בסה"כ הקיטוב של כל התמיסה הזאת יותר גדול. כמו כן, ככל שיש יותר מלח במים כך יש פחות מולקולות מים 'פנויות' לעבור אינטראקציה עם חומרים אחרים בתמיסה ולהמיס אותם, כי בסוף תהליך ההמסה כל יון מוקף במולקולות מים הקשורות אליו בקשר של משיכה חשמלית.


הר של מלח

חלבונים הם תרכובות חשובות ביותר בעולם החי, החלבונים הם למעשה 'פולימרים' כלומר חומרים הבנויים מהרבה מולקולות קטנות המחוברות יחדיו. המולקולות הקטנות המרכיבות את החלבונים קרויות חומצות אמינו. חלק מחומצות האמינו מקוטבות חשמלית, ונמסות במים היטב וחלק לא (חומצות אמינו אלה מכונות 'הידרופוביות', כלומר 'פוחדות ממים'). התוצאה היא שהחלבון כולו יכול להיות מסיס מאוד או לא מסיס בכלל או מסיס באופן חלקי במים, הכל לפי חומצות האמינו שמרכיבות אותו (לכל סוג של חלבון מבנה יחודי המאפיין אותו). ועכשיו, נניח שיש לנו תמיסה של חלבונים ואנחנו רוצים להפריד ביניהם – כל מה שצריך זה להוסיף מלח למים, המלח משנה את האינטראקציה של המים עם החלבונים בגלל כל ההסבר הנ"ל, וגורם להם לשקוע (כלומר להפסיק להתמוסס) במים – זוהי פעולת ה salting out. כיוון שלחלבונים שונים – מבנה שונה, חלבונים שונים 'יופרשו החוצה' מהתמיסה בריכוזי מלח שונים.


ביצה, מכילה הרבה חלבון. צילום:Tamagohan. כל התמונות באדיבות אתר ויקיפדיה.

ישנם גם חלבונים, שבגלל מבנה ייחודי – דווקא תגדל מסיסותם עם הוספת מלח לתמיסה (הם בנויים מחומצות אמינו קוטביות רבות העוברות אינטראקציה עם היונים), תהליך זה מכונה salting in. השיטה של המלחה החוצה מאוד נפוצה במחקר החלבונים ובתעשיה, ועוזרת להפריד בין חלבונים שונים (על ידי המלחה סלקטיבית), ובכלל להפריד חלבונים שמומסים במים מתוך התמיסה, ללא צורך לאדות את המים – מה שעלול לייבש את החלבונים ולפגוע במבנה הכימי שלהם.

מאת: ד"ר אבי סייאג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
ומכון 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.

9 תגובות

  • נועה

    קוטביות עולה

    לא ברור לי למה הקוטביות עולה עקב הוספת ממס קוטבי דומה.
    אם לצורך העניין מים ומלח קוטביים במידה דומה ולכן אנרגטית עדיף למולקולות מים להתארגן עם המלח כפי שהיו מתארגנות עם עצמן אז למה שהקוטביות תעלה? אגב, הקישור ל"מסיסות לחומרים" לא עולה.

  • נועה

    תיקון

    סליחה, הדוגמא הייתה עם קוטביות שונה
    אם ככה המלח ברובו יעדיף להתארגן בעצמו, אז הקוטביות שתעלה נובעת מהחלק שהתארגן עם מים בכל זאת?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מלח במים

    היי נועה
    דבר ראשון - תיקנתי את הקישור ה'שבור' בתחילת הכתבה. תודה.
    דבר שני - את צריכה לזכור שמלח הוא חומר יוני - כלומר חומר שמורכב מיונים - מחלקיקים בעלי מטען חשמלי. כאשר נמס במים היונים הללו נפרדים ליוני נתרן בעלי מטען חשמלי חיובי, ויוני כלור בעלי מטען חשמלי שלילי - שמפוזרים בתוך המים - כלומר הם לא 'מעדיפים' להתארגן בעצמם, אלא להתפרז בתוך המים. עכשיו מה זה קוטביות - קוטביות של מה? הכוונה לקטבים חשמליים. ובמים עם מלח, בהשוואה למים רגילים, יש כעט ממש מטענים חשמליים שלמים, יוניים, הנמצאים מפוזרים בתוך המים - ולכן ברור שמבחינת 'קוטביות' (כלומר המצאות מטענים חשמליים) - רמת הקוטביות כאשר קיים מלח מומס במים היא רבה בהשוואה למים ללא מלח, ללא מטענים חשמליים.

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

  • נועה

    תודה רבה על התשובה המפורטת.

    תודה רבה על התשובה המפורטת.
    שכחתי שבהגדרה של מסיסות המולקולה צריכה להתפרק. אני מבינה עכשיו איך מלח יכול לעלות קוטביות של תמיסה.
    תודה.

  • נועה

    אם כבר אשמח לחדד את הבנה שלי

    אם כבר אשמח לחדד את הבנה שלי בנושא כי אני מתקשה להבין את העניין של מסיסות אינטואיטיבית ללא התחשבות ביעילות האנרגטית, ז"א, חומר מתמוסס בחומר דומה לו מאחר והמידה שבה החומר מעדיף ליצור קשרים מסויימים עם עצמו שווה למידה שיצור קשרים כאלו עם המולקולות שבממס.
    או שזו עדיין גישה שגוייה?

  • שירן

    דוגמאות שגויה

    "ואיך משנים את הקיטוב החשמלי של ממס מסוים?
    – פשוט על ידי הוספה של חומר בעל קוטביות חשמלית שונה לממס, כך שבסה"כ באופן ממוצע הקיטוב החשמלי משתנה. ספציפית – נניח שיש לי מים, ואני רוצה להעלות את הקיטוב החשמלי שלהן, כל מה שצריך לעשות הוא להוסיף להם מלח, למשל מלח."
    הדוגמא שהבאת לא טובה. מים זה ממס קוטבי. ומלח זה גם חומר קוטבי כאשר ממומס במים. הוספת מלח *תגדיל* את הקוטביות ו*לא תשנה* את הקוטביות החשמלית.

  • טל

    salting in

    היי,
    לא ברור לי כיצד תהליך הsalting in מתרחש. אם בהוספת מלח החלבונים הללו יותר מסיסים, אך זה מאפשר לנו לבצע הפרדה?
    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    הפרדה עם salting in

    היי טל
    תחשוב על מקרה לדוגמה, בו נמצאים שני חלבונים – ששניהם לא מסיסים במים, ולכן בסביבה מימית שניהם שוקעים / שקועים במים בעירבוביה. נניח שאחד מהחלבונים מגיב ל- salting in, כלומר בהוספת מלח הוא נהפך מסיס יותר, והחלבון השני – לא. ברגע שתוסיף מלח למים, רק החלבון הראשון יתמוסס, ותישאר רק עם החלבון השני שקוע – וכך תוכל להפריד ביניהם.
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • טל

    תודה רבה!