DUNG MÔI Á ĐÔNG

Dung môi là một chất lỏng, rắn, hoặc khí dùng để hòa tan một chất tan rắn, lỏng, hoặc khí khác, tạo thành một dung dịch có thể hòa tan trong một thể tích dung môi nhất định ở một nhiệt độ quy định. Dung môi hữu cơ được sử dụng chủ yếu trong công tác làm sạch khô (ví dụ như tetrachlorethylene), chất pha loãng sơn (ví dụ như toluene, nhựa thông), chất tẩy sơn đánh bóng móng tay và các dung môi tẩy keo (acetone, methyl acetate, ethyl acetate), trong tẩy tại chỗ (ví dụ như hexane, petrol ether), trong chất tẩy rửa (citrus terpenes), trong nước hoa (ethanol), và trong tổng hợp hóa học. Việc sử dụng các dung môi vô cơ (trừ nước) thường được giới hạn trong nghiên cứu hóa học và một số quy trình công nghệ.

Năm 2005, tổng khối lượng dung môi được giao dịch trên thị trường thế giới là 17,9 triệu tấn, mang lại lợi nhuận khoảng 8 tỉ Euro.

Khi một chất được hòa tan vào chất khác, sẽ tạo thành một dung dịch. Điều này trái ngược với sự hình thành một hỗn hợp, khi mà một hợp chất được thêm vào một hợp chất khác và không có sự liên kết hóa học; một cách đơn giản để phân biệt hỗn hợp và dung dịch là so sánh một ly nước được trộn cát với một ly soda, trong đó tất cả các thành phần được đồng nhất để tạo ra một chất mới. Không có dư lượng còn lại ở dưới đáy. Sự pha trộn được gọi là khả năng có thể trộn lẫn, trong khi sự hòa tan một hợp chất thành một chất khác được gọi là khả năng hòa tan. Tuy nhiên, ngoài sự pha trộn, cả hai chất trong dung dịch có thể tương tác với nhau theo những cách riêng. Sự hòa tan mô tả những tương tác này. Khi một chất được hòa tan, các phân tử của dung môi tự sắp xếp xung quanh các phân tử của chất tan. Nhiệt độ sẽ tăng lên, do đó entropy được tăng lên làm cho các dung dịch có tính ổn định nhiệt động cao hơn so với bản thân chất tan. Sự sắp xếp này được hỗ trợ bởi các tính chất hóa học tương ứng của dung môi và chất tan, chẳng hạn như liên kết hydro, moment lưỡng cực và khả năng phân cực.

Dung môi có thể được chia thành hai loại: phân cực và không phân cực. Nói chung, các hằng số điện môi của dung môi phản ánh sơ bộ tính phân cực của dung môi. Tính phân cực mạnh của nước được lấy làm chuẩn, ở 20 °C, hằng số điện môi là 80,10. Các dung môi có hằng số điện môi nhỏ hơn 15 thường được coi là không phân cực. Về mặt kỹ thuật, hằng số điện môi phản ánh khả năng làm giảm cường độ trường điện của điện trường xung quanh một hạt tích điện nằm trong đó. Sự giảm đi này sau đó được so sánh với cường độ trường điện của các hạt tích điện trong chân không. Theo cách hiểu thông thường, hằng số điện môi của một dung môi có thể được hiểu là khả năng làm giảm sự tích điện nội bộ của chất tan.

Bảng tính chất của các dung môi phổ biến Các dung môi được chia thành các nhóm không phân cực, phân cực aprotic, và phân cực protic và được sắp xếp theo độ phân cực tăng dần. Độ phân cực được tính bằng hằng số điện môi. Các dung môi có tính chất cao hơn của nước được in đậm.

Dung môi	Công thức hóa học	Điểm sôi	Hằng số điện môi	Tỷ trọng	Moment phân cực
Dung môi không phân cực
Pentane	CH3-CH2-CH2-CH2-CH3	36 °C	1.84	0.626 g/ml	0.00 D
Cyclopentane	C5H10	40 °C	1.97	0.751 g/ml	0.00 D
Hexane	CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3	69 °C	1.88	0.655 g/ml	0.00 D
Cyclohexane	C6H12	81 °C	2.02	0.779 g/ml	0.00 D
Benzene	C6H6	80 °C	2.3	0.879 g/ml	0.00 D
Toluene	C6H5-CH3	111 °C	2.38	0.867 g/ml	0.36 D
1,4-Dioxane	/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-	101 °C	2.3	1.033 g/ml	0.45 D
Chloroform	CHCl3	61 °C	4.81	1.498 g/ml	1.04 D
Diethyl ether	CH3CH2-O-CH2-CH3	35 °C	4.3	0.713 g/ml	1.15 D
Dung môi phân cực aprotic
Dichloromethane (DCM)	CH2Cl2	40 °C	9.1	1.3266 g/ml	1.60 D
Tetrahydrofuran (THF)	/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-	66 °C	7.5	0.886 g/ml	1.75 D
Ethyl acetate	CH3-C(=O)-O-CH2-CH3	77 °C	6.02	0.894 g/ml	1.78 D
Acetone	CH3-C(=O)-CH3	56 °C	20.7	0.786 g/ml	2.88 D
Dimethylformamide (DMF)	H-C(=O)N(CH3)2	153 °C	38	0.944 g/ml	3.82 D
Acetonitrile (MeCN)	CH3-C≡N	82 °C	37.5	0.786 g/ml	3.92 D
Dimethyl sulfoxide (DMSO)	CH3-S(=O)-CH3	189 °C	46.7	1.092 g/ml	3.96 D
Dung môi phân cực protic
Formic acid	H-C(=O)OH	101 °C	58	1.21 g/ml	1.41 D
n-Butanol	CH3-CH2-CH2-CH2-OH	118 °C	18	0.810 g/ml	1.63 D
Isopropanol (IPA)	CH3-CH(-OH)-CH3	82 °C	18	0.785 g/ml	1.66 D
n-Propanol	CH3-CH2-CH2-OH	97 °C	20	0.803 g/ml	1.68 D
Ethanol	CH3-CH2-OH	79 °C	24.55	0.789 g/ml	1.69 D
Methanol	CH3-OH	65 °C	33	0.791 g/ml	1.70 D
Acetic acid	CH3-C(=O)OH	118 °C	6.2	1.049 g/ml	1.74 D
Nước	H-O-H	100 °C	80	1.000 g/ml	1.85 D

Có một cách khác để nghiên cứu các dung môi này. Khi biết các giá trị tham số độ hòa tan Hansen (HSPiP) dựa trên δD = liên kết phân tán, δP = liên kết phân cực và δH = liên kết hydro, chúng ta sẽ nắm được những thông tin quan trọng về sự tương tác liên phân tử của dung môi này với các dung môi, polyme, sắc tố, các hạt nano khác, v.v để phục vụ hai mục đích. Trước tiên, chúng ta có thể tạo ra các công thức tỷ lệ, ví dụ như tỷ lệ phù hợp giữa một dung môi và một polyme. Thứ hai, chúng ta có thể tạo ra sự thay thế tỷ lệ cho các dung môi “tốt” (hòa tan tốt các chất) từ các dung môi “xấu” (vì mục đích môi trường, sức khỏe hay giá thành, v.v). Bảng dưới đây cho thấy tính “không phân cực”, “phân cực aprotic” và “phân cực protic” được trình bày theo các con số. Các phân tử “phân cực” có giá trị δP cao hơn và các dung môi protic có giá trị δH cao hơn. Do sử dụng các giá trị bằng số, chúng ta có thể thực hiện phép so sánh tỷ lệ bằng cách so sách các con số. Ví dụ như, acetonitrile phân cực hơn nhiều so với acetone nhưng lại có liên kết hydro thấp hơn một chút.

Dung môi	Công thức hóa học	Phân tán (δD)	Phân cực (δP)	Liên kết hydro (δH)
Dung môi không phân cực
Hexane	CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3	14.9	0.0	0.0
Benzene	C6H6	18.4	0.0	2.0
Toluene	C6H5-CH3	18.0	1.4	2.0
Diethyl ether	CH3CH2-O-CH2CH3	14.5	2.9	4.6
Chloroform	CHCl3	17.8	3.1	5.7
1,4-Dioxane	/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-	17.5	1.8	9.0
Dung môi phân cực aprotic
Ethyl acetate	CH3-C(=O)-O-CH2-CH3	15.8	5.3	7.2
Tetrahydrofuran (THF)	/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-	16.8	5.7	8.0
Dichloromethane	CH2Cl2	17.0	7.3	7.1
Acetone	CH3-C(=O)-CH3	15.5	10.4	7.0
Acetonitrile (MeCN)	CH3-C≡N	15.3	18.0	6.1
Dimethylformamide (DMF)	H-C(=O)N(CH3)2	17.4	13.7	11.3
Dimethyl sulfoxide (DMSO)	CH3-S(=O)-CH3	18.4	16.4	10.2
Dung môi phân cực protic
Acetic acid	CH3-C(=O)OH	14.5	8.0	13.5
n-Butanol	CH3-CH2-CH2-CH2-OH	16.0	5.7	15.8
Isopropanol	CH3-CH(-OH)-CH3	15.8	6.1	16.4
n-Propanol	CH3-CH2-CH2-OH	16.0	6.8	17.4
Ethanol	CH3-CH2-OH	15.8	8.8	19.4
Methanol	CH3-OH	14.7	12.3	22.3
Formic acid	H-C(=O)OH	14.6	10.0	14.0
Nước	H-O-H	15.5	16.0	42.3

Xem xét một ví dụ đơn giản về sự thay thế tỷ lệ. Giả sử vì lý do môi trường chúng ta cần phải thay thế dung môi clo hóa, chloroform, bằng một dung môi có độ hòa tan tương đương tạo thành từ một hỗn hợp gồm hai dung môi phi clo hóa có trong bảng. Qua phép thử - sai, một bảng tính hoặc một số phần mềm như HSPiP, chúng ta thấy hỗn hợp của toluene và 1,4-dioxane theo tỷ lệ 50:50 là phù hợp. δD của hỗn hợp là giá trị trung bình của 18,0 và 17,5 = 17,8. ΔP của hỗn hợp là giá trị trung bình của 1,4 và 1,8 = 1,6 và δH của hỗn hợp là giá trị trung bình của 2.0 và 9.0 = 5.5. Vì vậy, hỗn hợp là 17,8; 1,6; 5,5 so với Chloroform là 17,8; 3,1; 5,7. Do bản thân Toluene không có lợi cho sức khỏe, chúng ta có thể sử dụng hỗn hợp của các dung môi khác thể thay thế bằng cách sử dụng bảng tham số đầy đủ về độ hòa tan Hansen.

Điểm sôi

Dung môi	Điểm sôi (°C)
ethylene dichloride	83.48
pyridine	115.25
methyl isobutyl ketone	116.5
methylene chloride	39.75
isooctane	99.24
carbon disulfide	46.3
carbon tetrachloride	76.75
o-xylene	144.42

Một trong những tính chất quan trọng của dung môi là điểm sôi. Tính chất này cũng xác định tốc độ bay hơi. Một lượng nhỏ dung môi có điểm sôi thấp như diethyl ether, dichloromethane, hoặc axêtôn sẽ bay hơi trong vài giây ở Điểm sôi thấp: nhiệt độ sôi dưới 100 °C (điểm sôi của nước)

Điểm sôi cao: trên 150 °C

Hầu hết các dung môi hữu cơ đều có tỷ trọng thấp hơn nước, có nghĩa là chúng nhẹ hơn và sẽ hình thành một lớp riêng biệt trên bề mặt của nước. Tuy nhiên có một ngoại lệ là: hầu hết các dung môi halogen như dichloromethane hoặc chloroform sẽ chìm xuống đáy của bình chứa, và nước sẽ nổi lên trên. Điều này là rất quan trọng và cần ghi nhớ khi phân tách các hợp chất giữa dung môi và nước trong một phễu chiết tách trong quá trình tổng hợp hóa học.

Dung môi	Trọng lượng riêng
Pentane	0.626
Petroleum ether	0.656
Hexane	0.659
Heptane	0.684
Diethyl amine	0.707
Diethyl ether	0.713
Triethyl amine	0.728
Tert-butyl methyl ether	0.741
Cyclohexane	0.779
Tert-butyl alcohol	0.781
Isopropanol	0.785
Acetonitrile	0.786
Ethanol	0.789
Acetone	0.790
Methanol	0.791
Methyl isobutyl ketone	0.798
Isobutyl alcohol	0.802
1-Propanol	0.803
Methyl ethyl ketone	0.805
2-Butanol	0.808
Isoamyl alcohol	0.809
1-Butanol	0.810
Diethyl ketone	0.814
1-Octanol	0.826
p-Xylene	0.861
m-Xylene	0.864
Toluene	0.867

Điểm sôi

dung moi in truc dong

dung moi keo lua

dung moi in flexo