مذيب

لا تُعدّ ثوابت العزل الكهربائي المقياس الوحيد للقطبية. ولأن الكيميائيين يستخدمون المذيبات لإجراء التفاعلات الكيميائية أو رصد الظواهر الكيميائية والبيولوجية، فإنهم يحتاجون إلى مقاييس أكثر دقة للقطبية. وتتأثر معظم هذه المقاييس بالتركيب الكيميائي.

يقيس مقياس غرونوالد -وينشتاين m Y القطبية من حيث تأثير المذيب على تراكم الشحنة الموجبة للمذاب أثناء التفاعل الكيميائي.

يقيس مقياس Z لكوسوير القطبية من حيث تأثير المذيب على أقصى امتصاص للأشعة فوق البنفسجية لملح، وعادة ما يكون يوديد البيريدينيوم أو أيون البيريدينيوم المزدوج . ^{[ 10 ]}

يقيس مقياس رقم المانح ومقياس المانح والمستقبل القطبية من حيث كيفية تفاعل المذيب مع مواد محددة، مثل حمض لويس قوي أو قاعدة لويس قوية. ^{[ 11 ]}

معامل هيلدبراند هو الجذر التربيعي لكثافة طاقة التماسك . يمكن استخدامه مع المركبات غير القطبية، ولكنه لا يستوعب التفاعلات الكيميائية المعقدة.

يُعطي صبغ رايشاردت، وهو صبغ مُتغير اللون بتغير القطبية، مقياسًا لقيم E_{_T} (30). E_{_T} هي طاقة الانتقال بين الحالة الأرضية وأدنى حالة مُثارة بوحدة كيلو كالوري/مول، و(30) تُحدد الصبغ. ويمكن تعريف مقياس آخر مُرتبط تقريبًا ( E _{_T} (33)) باستخدام صبغة النيل الأحمر .

معامل ϸ للمذيب لغريغوري هو معامل كثافة شحنة مشتق من الكيمياء الكمية. ^{[ 12 ]} يبدو أن هذا المعامل يُعيد إنتاج العديد من معاملات المذيب التجريبية (وخاصة أعداد المانح والمستقبل) باستخدام منهجية تحليل تفكيك الشحنة هذه، ذات الأساس الكهروستاتيكي. طُوّر معامل ϸ في الأصل لتحديد وتفسير سلسلة هوفمايستر من خلال تحديد كمية الأيونات متعددة الذرات والأيونات أحادية الذرة بطريقة موحدة.

تحدد قطبية المذيب وعزمه ثنائي القطب وقابليته للاستقطاب وروابطه الهيدروجينية أنواع المركبات التي يستطيع إذابتها، والمذيبات أو المركبات السائلة الأخرى التي يمتزج بها . عمومًا، تذيب المذيبات القطبية المركبات القطبية بشكل أفضل، بينما تذيب المذيبات غير القطبية المركبات غير القطبية بشكل أفضل؛ ومن هنا جاءت قاعدة "المتشابهات تذيب بعضها بعضًا ". تذوب المركبات شديدة القطبية، مثل السكريات ( كالسكروز ) أو المركبات الأيونية، مثل الأملاح غير العضوية ( كملح الطعام )، فقط في المذيبات شديدة القطبية كالماء، بينما تذوب المركبات شديدة اللاقطبية، مثل الزيوت أو الشموع، فقط في المذيبات العضوية شديدة اللاقطبية كالهكسان . وبالمثل، لا يمتزج الماء والهكسان (أو الخل والزيت النباتي) مع بعضهما، وسينفصلان بسرعة إلى طبقتين حتى بعد رجّهما جيدًا.

يمكن فصل القطبية إلى مساهمات مختلفة. على سبيل المثال، تتضمن معاملات كامليت-تافت ثنائية القطبية/الاستقطابية ( π* )، وحموضة الرابطة الهيدروجينية ( α )، وقاعدية الرابطة الهيدروجينية ( β ). ويمكن حساب هذه المعاملات من انزياحات الطول الموجي لـ 3-6 أصباغ مختلفة متغيرة اللون بتغير المذيب، والتي تشمل عادةً صبغة رايشاردت ، والنيتروأنيلين، وثنائي إيثيل نيتروأنيلين . وثمة خيار آخر، وهو معاملات هانسن للذوبانية ، التي تفصل كثافة طاقة التماسك إلى مساهمات التشتت، والقطبية، والرابطة الهيدروجينية.

يمكن تقسيم المذيبات ذات ثابت العزل الكهربائي (أو بالأحرى، السماحية الساكنة النسبية ) الأكبر من 15 (أي المذيبات القطبية أو القابلة للاستقطاب) إلى مذيبات بروتونية وغير بروتونية. تعمل المذيبات البروتونية، مثل الماء ، على إذابة الأنيونات (المواد المذابة سالبة الشحنة) بقوة عبر الروابط الهيدروجينية . أما المذيبات القطبية غير البروتونية ، مثل الأسيتون أو ثنائي كلورو الميثان ، فتميل إلى امتلاك عزم ثنائي قطب كبير (فصل الشحنات الموجبة والسالبة الجزئية داخل الجزيء نفسه) وتذيب الأنواع موجبة الشحنة عبر عزمها ثنائي القطب السالب. ^{[ 13 ]} في التفاعلات الكيميائية، يُفضل استخدام المذيبات البروتونية القطبية آلية تفاعل SN1 ، بينما تُفضل المذيبات غير البروتونية القطبية آلية تفاعل SN2 . تتميز هذه المذيبات القطبية بقدرتها على تكوين روابط هيدروجينية مع الماء لإذابتها فيه، في حين أن المذيبات غير القطبية لا تستطيع تكوين روابط هيدروجينية _{قوية .}

تُصنّف المذيبات إلى مذيبات غير قطبية ، ومذيبات قطبية لا بروتونية ، ومذيبات قطبية بروتونية ، وتُرتب كل مجموعة حسب تزايد قطبيتها. وتُبرز خصائص المذيبات التي تتجاوز خصائص الماء بخط غامق.

مذيب	الصيغة الكيميائية	نقطة الغليان [ 14 ] (°م)	ثابت العزل الكهربائي [ 15 ]	الكثافة (جم/مل)	عزم ثنائي القطب ( D )
المذيبات الهيدروكربونية غير القطبية
البنتان	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3	36.1	1.84	0.626	0.00
الهكسان	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3	69	1.88	0.655	0.00
البنزين	C 6 H 6	80.1	2.3	0.879	0.00
الهيبتان	H 3 C(CH 2 ) 5 CH 3	98.38	1.92	0.680	0.0
التولوين	C 6 H 5 -CH 3	111	2.38	0.867	0.36
مذيبات الإيثر غير القطبية
1,4-ديوكسان	C 4 H 8 O 2	101.1	2.3	1.033	0.45
ثنائي إيثيل إيثر	CH 3 CH 2 -O-CH 2 CH 3	34.6	4.3	0.713	1.15
رباعي هيدروفوران (THF)	C 4 H 8 O	66	7.5	0.886	1.75
مذيبات الكلوروكربون غير القطبية
الكلوروفورم	CHCl 3	61.2	4.81	1.498	1.04
المذيبات القطبية غير البروتونية
ثنائي كلورو الميثان (DCM)	CH 2 Cl 2	39.6	9.1	1.3266	1.60
أسيتات الإيثيل	CH 3 -C(=O)-O-CH 2 -CH 3	77.1	6.02	0.894	1.78
الأسيتون	CH 3 -C(=O)-CH 3	56.1	21	0.786	2.88
ثنائي ميثيل فورماميد (DMF)	HC(=O)N(CH 3 ) 2	153	38	0.944	3.82
أسيتونيتريل (MeCN)	CH 3 -C≡N	82	37.5	0.786	3.92
ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)	CH 3 -S(=O)-CH 3	189	46.7	1.092	3.96
نيتروميثان	CH 3 -NO 2	100–103	35.87	1.1371	3.56
كربونات البروبيلين	C 4 H 6 O 3	240	64.0	1.205	4.9
المذيبات القطبية البروتونية
الأمونيا	NH 3	-33.3	17	0.674 (عند درجة حرارة -33.3  درجة مئوية)	1.42
حمض الفورميك	HC(=O)OH	100.8	58	1.21	1.41
ن -بيوتانول	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH	117.7	18	0.810	1.63
كحول الأيزوبروبيل (IPA)	CH 3 -CH(-OH)-CH 3	82.6	18	0.785	1.66
ن -بروبانول	CH 3 CH 2 CH 2 OH	97	20	0.803	1.68
الإيثانول	CH 3 CH 2 OH	78.2	24.55	0.789	1.69
الميثانول	CH 3 OH	64.7	33	0.791	1.70
حمض الخليك	CH 3 -C(=O)OH	118	6.2	1.049	1.74
ماء	رئيس المنزل	100	80	1.000	1.85

يحتفظ معهد الكيمياء الخضراء التابع للجمعية الكيميائية الأمريكية بأداة لاختيار المذيبات بناءً على تحليل المكونات الرئيسية لخصائص المذيب. ^{[ 16 ]}

تعتمد قيم معامل هانسن للذوبان (HSP) [17] [18] [19] على روابط التشتت ( ^{δD ) والروابط القطبية ( δP ) والروابط الهيدروجينية} ( δH ) . وتحتوي هذه القيم على معلومات حول التفاعلات بين الجزيئات مع المذيبات الأخرى، وكذلك مع البوليمرات والأصباغ والجسيمات النانوية ، وما إلى ذلك. ويتيح ذلك صياغة تركيبات منطقية، مع العلم، على سبيل المثال، بوجود تطابق جيد في قيم HSP بين مذيب وبوليمر. كما يمكن إجراء استبدالات منطقية للمذيبات "الجيدة" (الفعالة في إذابة المذاب) التي تُعتبر "سيئة" (باهظة الثمن أو خطرة على الصحة أو البيئة). ويوضح الجدول التالي أن الدلالات المنطقية لمصطلحات "غير قطبي" و"قطبي لا بروتوني" و"قطبي بروتوني" مُعبَّر عنها عدديًا - حيث تتميز الجزيئات "القطبية" بمستويات أعلى من δP، بينما تتميز المذيبات البروتونية بمستويات أعلى من δH. بما أن القيم العددية مستخدمة، يمكن إجراء المقارنات بشكل منطقي من خلال مقارنة الأرقام. على سبيل المثال، الأسيتونيتريل أكثر قطبية بكثير من الأسيتون، ولكنه يُظهر روابط هيدروجينية أقل قليلاً.

إذا استدعت الظروف البيئية أو غيرها استبدال مذيب أو مزيج مذيبات بمذيب آخر ذي قدرة إذابة مكافئة، فيمكن إجراء الاستبدال بناءً على معاملات هانسن للذوبان لكل منهما. تُحسب قيم المخاليط كمتوسطات مرجحة لقيم المذيبات النقية. ويمكن حساب ذلك بالتجربة والخطأ ، أو باستخدام جدول بيانات، أو برنامج HSP. ^{[ 17 ] [ 18 ]} يحتوي مزيج بنسبة 1:1 من التولوين و1،4 -ديوكسان على قيم δD وδP وδH تبلغ 17.8 و1.6 و5.5 على التوالي، وهي قيم مماثلة لتلك الخاصة بالكلوروفورم التي تبلغ 17.8 و3.1 و5.7 على التوالي. ونظرًا للمخاطر الصحية المرتبطة بالتولوين نفسه، يمكن إيجاد مخاليط أخرى من المذيبات باستخدام مجموعة بيانات HSP كاملة.

تُعدّ درجة الغليان خاصية مهمة لأنها تحدد سرعة التبخر. تتبخر كميات صغيرة من المذيبات ذات درجة الغليان المنخفضة، مثل ثنائي إيثيل الإيثر ، وثنائي كلورو الميثان ، والأسيتون، في غضون ثوانٍ عند درجة حرارة الغرفة، بينما تحتاج المذيبات ذات درجة الغليان العالية، مثل الماء أو ثنائي ميثيل سلفوكسيد، إلى درجات حرارة أعلى، أو تيار هواء، أو تطبيق فراغ لتسريع عملية التبخر.

• الغلايات المنخفضة: نقطة الغليان أقل من 100  درجة مئوية (نقطة غليان الماء)
• الغلايات المتوسطة: بين 100  درجة مئوية و 150  درجة مئوية
• الغلايات ذات درجة الحرارة العالية: أعلى من 150  درجة مئوية

معظم المذيبات العضوية أقل كثافة من الماء، مما يعني أنها أخف وزنًا منه، وبالتالي تشكل طبقة فوق سطحه. ومن الاستثناءات المهمة أن معظم المذيبات الهالوجينية ، مثل ثنائي كلورو الميثان والكلوروفورم ، تغوص إلى قاع الوعاء، تاركةً الماء في الطبقة العلوية. يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية عند فصل المركبات بين المذيبات والماء في قمع الفصل أثناء عمليات التخليق الكيميائي.

غالبًا ما يُشار إلى الكثافة النوعية بدلًا من الكثافة. تُعرَّف الكثافة النوعية بأنها كثافة المذيب مقسومة على كثافة الماء عند نفس درجة الحرارة. ولذلك، فإن الكثافة النوعية قيمة بلا وحدة. وهي تُشير بوضوح إلى ما إذا كان المذيب غير القابل للذوبان في الماء سيطفو (الكثافة النوعية < 1.0) أو يغرق (الكثافة النوعية > 1.0) عند مزجه بالماء.

معظم المذيبات العضوية قابلة للاشتعال أو شديدة الاشتعال، وذلك بحسب درجة تطايرها . ويُستثنى من ذلك بعض المذيبات المكلورة مثل ثنائي كلورو الميثان والكلوروفورم . ويمكن أن تنفجر مخاليط أبخرة المذيبات مع الهواء . أبخرة المذيبات أثقل من الهواء، لذا فهي تغوص إلى القاع ويمكنها أن تنتقل لمسافات طويلة دون تخفيف يُذكر. كما يمكن العثور على أبخرة المذيبات في البراميل والعلب التي تبدو فارغة، مما يُشكل خطرًا حقيقيًا لحدوث حريق مفاجئ ؛ لذا يجب تخزين عبوات المذيبات المتطايرة الفارغة مفتوحة ومقلوبة.

يتميز كل من ثنائي إيثيل الإيثر وثاني كبريتيد الكربون بانخفاض درجة حرارة اشتعالهما الذاتي بشكل استثنائي ، مما يزيد بشكل كبير من خطر الحريق المرتبط بهذين المذيبين. تقل درجة حرارة الاشتعال الذاتي لثاني كبريتيد الكربون عن 100  درجة مئوية (212  درجة فهرنهايت)، لذا فإن أجسامًا مثل أنابيب البخار والمصابيح الكهربائية والمواقد الكهربائية ومواقد بنسن المطفأة حديثًا قادرة على إشعال أبخرته.

إضافةً إلى ذلك، يمكن لبعض المذيبات، مثل الميثانول، أن تحترق بلهب شديد الحرارة قد يكون غير مرئي تقريبًا في بعض ظروف الإضاءة. ^{[ 25 ] [ 26 ]} وهذا قد يؤخر أو يمنع اكتشاف الحريق الخطير في الوقت المناسب، إلى أن تنتشر النيران إلى مواد أخرى.

يمكن للإيثرات، مثل ثنائي إيثيل الإيثر ورباعي هيدروفوران (THF)، أن تُكوّن بيروكسيدات عضوية شديدة الانفجار عند تعرضها للأكسجين والضوء. وعادةً ما يكون رباعي هيدروفوران أكثر عرضةً لتكوين هذه البيروكسيدات من ثنائي إيثيل الإيثر. يُعد ثنائي إيزوبروبيل الإيثر من أكثر المذيبات عرضةً لذلك ، ولكن تُعتبر جميع الإيثرات مصادر محتملة للبيروكسيدات.

تعمل الذرة غير المتجانسة ( الأكسجين ) على تثبيت تكوين جذر حر ، والذي يتشكل نتيجة انتزاع ذرة هيدروجين بواسطة جذر حر آخر. يستطيع هذا الجذر الحر، الذي يتمحور حول ذرة كربون، التفاعل مع جزيء أكسجين لتكوين مركب بيروكسيد. تتسارع عملية تكوين البيروكسيد بشكل كبير عند التعرض حتى لمستويات منخفضة من الضوء، ولكنها قد تستمر ببطء حتى في الظلام.

ما لم يُستخدم مُجفف قادر على تدمير البيروكسيدات، فإنها ستتركز أثناء التقطير نظرًا لارتفاع درجة غليانها . وعندما تتشكل كمية كافية من البيروكسيدات، فإنها قد تُكوّن راسبًا صلبًا بلوريًا حساسًا للصدمات عند فوهة الوعاء أو الزجاجة. وقد تُؤدي اضطرابات ميكانيكية طفيفة، مثل كشط الجدار الداخلي للوعاء، أو إزاحة الرواسب، أو حتى مجرد لف الغطاء، إلى توفير طاقة كافية لانفجار البيروكسيد بعنف .

لا يُشكل تكوّن البيروكسيد مشكلة كبيرة عند استهلاك المذيبات الجديدة بسرعة؛ بل يُصبح أكثر إشكالية في المختبرات التي قد تستغرق سنوات لإنهاء زجاجة واحدة. ينبغي على المستخدمين ذوي الأحجام المنخفضة اقتناء كميات صغيرة فقط من المذيبات المعرضة لتكوّن البيروكسيد، والتخلص من المذيبات القديمة وفق جدول زمني دوري منتظم.

لتجنب تكوين بيروكسيد قابل للاشتعال، يجب تخزين الإيثرات في وعاء محكم الإغلاق، بعيدًا عن الضوء، لأن كلاً من الضوء والهواء يمكن أن يشجعا على تكوين البيروكسيد. ^{[ 27 ]}

يمكن استخدام عدد من الاختبارات للكشف عن وجود البيروكسيد في الإيثر؛ أحدها استخدام مزيج من كبريتات الحديد الثنائي وثيوسيانات البوتاسيوم . يستطيع البيروكسيد أكسدة أيون الحديد ^{الثنائي} إلى أيون الحديد ^{الثلاثي ، الذي يشكل بدوره} معقدًا تنسيقيًا أحمر داكنًا مع الثيوسيانات .

يمكن إزالة البيروكسيدات بالغسل بكبريتات الحديد الثنائي الحمضية، أو بالترشيح عبر الألومينا ، أو بالتقطير من الصوديوم / البنزوفينون . تعمل الألومينا على تحلل البيروكسيدات، ولكن قد يبقى بعضها سليماً فيها، لذا يجب التخلص منها بطريقة سليمة. ^{[ 28 ]} وتكمن ميزة استخدام الصوديوم/البنزوفينون في إزالة الرطوبة والأكسجين أيضاً. ^{[ 29 ]}

يمكن أن تؤدي العديد من المذيبات إلى فقدان الوعي المفاجئ عند استنشاقها بكميات كبيرة. ^{[ 33 ]} وقد استُخدمت مذيبات مثل ثنائي إيثيل الإيثر والكلوروفورم في الطب كمخدرات ومهدئات ومنومات لفترة طويلة. ويُساء استخدام العديد من المذيبات (مثل تلك الموجودة في البنزين أو المواد اللاصقة المذيبة) لأغراض ترفيهية عن طريق استنشاق الغراء ، وغالبًا ما يكون لذلك آثار صحية ضارة طويلة الأمد مثل التسمم العصبي أو السرطان . وقد تسبب استبدال 1،5-بنتانيديول بشكل احتيالي بـ 1،4-بيوتانيديول ذي التأثير النفسي من قِبل أحد المقاولين الفرعيين في سحب منتج Bindeez من الأسواق . ^{[ 34 ]}

يُعدّ الإيثانول (الكحول الإيثيلي) من العقاقير المؤثرة على العقل واسعة الانتشار، ويُساء استخدامه . عند تناوله، تتحول ما يُسمى بـ"الكحولات السامة" (بخلاف الإيثانول)، مثل الميثانول ، و1-بروبانول ، والإيثيلين جليكول، إلى ألدهيدات وأحماض سامة، مما يُسبب حماضًا استقلابيًا قد يكون مميتًا . ^{[ 35 ]} يُمكن أن يُسبب الميثانول، وهو مذيب كحولي شائع الاستخدام، العمى الدائم أو الوفاة عند تناوله. كما يُمكن أن يُسبب 2-بوتوكسي إيثانول ، وهو مذيب يُستخدم في سوائل التكسير الهيدروليكي ، انخفاض ضغط الدم والحماض الاستقلابي. ^{[ 36 ]}

غالباً ما تحدث حالات التعرض المزمن للمذيبات نتيجة استنشاق أبخرة المذيبات، أو تناول المذيبات المخففة، بشكل متكرر على مدار فترة طويلة.

قد تُلحق بعض المذيبات الضرر بالأعضاء الداخلية مثل الكبد والكليتين والجهاز العصبي والدماغ . ويُطلق على التأثيرات الدماغية التراكمية الناتجة عن التعرض طويل الأمد أو المتكرر لبعض المذيبات اسم اعتلال الدماغ المزمن الناجم عن المذيبات (CSE). ^{[ 37 ]}

قد يؤدي التعرض المزمن للمذيبات العضوية في بيئة العمل إلى مجموعة من الآثار العصبية والنفسية الضارة. فعلى سبيل المثال، ارتبط التعرض المهني للمذيبات العضوية بارتفاع نسبة الرسامين الذين يعانون من إدمان الكحول . ^{[ 38 ]} وللإيثانول تأثير تآزري عند تناوله مع العديد من المذيبات؛ فعلى سبيل المثال، يتسبب مزيج التولوين / البنزين والإيثانول في غثيان وقيء أشد من أي منهما على حدة.

من المعروف أو يُشتبه في أن بعض المذيبات العضوية تسبب إعتام عدسة العين. وقد وُجد أن خليطًا من الهيدروكربونات العطرية ، والهيدروكربونات الأليفاتية ، والكحولات ، والإسترات ، والكيتونات ، والتربينات يزيد بشكل كبير من خطر الإصابة بإعتام عدسة العين. ^{[ 39 ]}

ينشأ أحد المسارات الرئيسية للتأثيرات الصحية الناجمة عن انسكاب أو تسرب المذيبات، وخاصة المذيبات المكلورة ، التي تصل إلى التربة. ونظرًا لأن المذيبات تنتقل بسهولة لمسافات طويلة، فإن تلوث التربة على نطاق واسع ليس بالأمر النادر؛ ويشكل هذا خطرًا صحيًا بالغًا، لا سيما إذا تأثرت طبقات المياه الجوفية . ^{[ 40 ]} وقد يحدث تسرب للأبخرة من مواقع ذات تلوث واسع النطاق بالمذيبات تحت سطح الأرض. ^{[ 41 ]}