کلروفرم و تتراکلرید کربن؛ مقایسه حلال‌های کلردار

مقدمه

در خانواده هالوآلکان‌ها، دو حلال کلردار بسیار مهم وجود دارد: کلروفرم و تتراکلرید کربن. هر دو ماده از مشتقات متان هستند که در آنها اتم‌های هیدروژن با کلر جایگزین شده است.

کلروفرم با فرمول CHCl₃ دارای سه اتم کلر و یک اتم هیدروژن است. تتراکلرید کربن با فرمول CCl₄ دارای چهار اتم کلر و هیچ اتم هیدروژنی نمی‌باشد.

در این مقاله از شیمی دان، ابتدا هر یک از این دو ماده را به طور جداگانه معرفی می‌کنیم. سپس تفاوت‌های آنها را از نظر خواص و کاربرد مقایسه کرده و به این سوال پاسخ می‌دهیم که کدام یک برای کار شما مناسب‌تر است.

کلروفرم چیست؟

کلروفرم یک ترکیب آلی از خانواده هالوآلکان‌ها است. فرمول شیمیایی آن CHCl₃ است، یعنی از یک اتم کربن، یک اتم هیدروژن و سه اتم کلر تشکیل شده است.

این ماده به صورت مایعی شفاف، بی رنگ و با بوی شیرین و مشخص در دمای اتاق وجود دارد. کلروفرم در آب کمترین مقدار حل می‌شود اما با بسیاری از حلال‌های آلی به خوبی مخلوط می‌گردد.

کلروفرم برای اولین بار در سال ۱۸۳۱ کشف شد. در گذشته از آن به عنوان بیهوش کننده استفاده می‌شد اما امروزه به دلیل سمیت، این کاربرد متوقف شده است.

مشخصات فیزیکی کلروفرم

• فرمول شیمیایی: CHCl₃
• جرم مولی: ۱۱۹.۳۸ گرم بر مول
• دمای جوش: ۶۱.۲ درجه سانتی‌گراد
• دمای ذوب: منفی ۶۳.۵ درجه سانتی‌گراد
• چگالی: ۱.۴۸۹ گرم بر میلی‌لیتر
• نقطه اشتعال: ندارد (غیر قابل اشتعال)
• حلالیت در آب: کم (۰.۸ گرم در لیتر)

کاربردهای کلروفرم

حلال در صنایع داروسازی

کلروفرم یکی از حلال‌های سنتی در تولید داروها و مواد شیمیایی دارویی است. بسیاری از واکنش‌های سنتز دارو در حضور کلروفرم انجام می‌شود. این ماده به دلیل عدم اشتعال و قدرت حل‌کنندگی بالا، برای محیط‌های صنعتی مناسب است. همچنین در خالص‌سازی مواد اولیه دارویی کاربرد دارد.

استخراج ترکیبات طبیعی مانند آلکالوئیدها

کلروفرم یک حلال عالی برای استخراج آلکالوئیدها (ترکیبات نیتروژن‌دار طبیعی) از گیاهان است. آلکالوئیدهای معروف مانند کافئین، نیکوتین، مرفین و کوکائین با کلروفرم استخراج می‌شوند. همچنین برای استخراج اسانس‌های گیاهی و ترکیبات معطر در صنایع عطرسازی کاربرد دارد.

ماده اولیه در تولید مبردها

کلروفرم به عنوان ماده اولیه در تولید گازهای مبرد مانند کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCها) استفاده می‌شود. هرچند امروزه تولید CFCها به دلیل آسیب به لایه ازن محدود شده است، اما کلروفرم همچنان در تولید برخی مبردهای صنعتی نقش دارد.

حلال در آزمایشگاه‌های شیمیایی

در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، کلروفرم یک حلال رایج است. از آن در کروماتوگرافی برای جداسازی ترکیبات استفاده می‌شود. همچنین در واکنش‌های شیمیایی که به حلال غیرقطبی و بدون اشتعال نیاز دارند، کاربرد دارد. کلروفرم در استخراج‌های مایع-مایع نیز بسیار رایج است.

تولید پلاستیک (تفلون)

کلروفرم در فرآیند تولید پلی تترافلوئورواتیلن (تفلون) نقش دارد. تفلون یک پلیمر مقاوم به حرارت و مواد شیمیایی است که در تولید ظروف نچسب، پوشش‌های صنعتی و قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود.

چرا کلروفرم نیاز به نگهداری در بطری قهوه‌ای دارد؟

کلروفرم یک ماده ناپایدار در برابر نور است. هنگامی که نور (به ویژه نور فرابنفش) به کلروفرم تابیده می‌شود، مولکول‌های آن تجزیه می‌گردند.

در این واکنش تجزیه، کلروفرم با اکسیژن هوا ترکیب شده و گاز فسژن تولید می‌کند. فسژن یک گاز بسیار سمی و خطرناک است که در جنگ جهانی اول به عنوان سلاح شیمیایی استفاده می‌شد. استنشاق حتی مقادیر کم فسژن می‌تواند به ریه‌ها آسیب جدی وارد کرده و باعث مرگ شود.

بطری‌های قهوه‌ای رنگ (کهربایی) مانع عبور نور فرابنفش و بخش اعظم نور مرئی می‌شوند. این بطری‌ها از تابیدن نور به ماده جلوگیری کرده و سرعت تجزیه کلروفرم را به حداقل می‌رسانند.

نکات مهم برای نگهداری کلروفرم:

• همیشه در بطری قهوه‌ای رنگ نگهداری شود
• در جای خنک و دور از نور مستقیم خورشید قرار گیرد
• درب بطری محکم بسته شود تا تماس با هوا کاهش یابد
• از افزودن مواد پایدارکننده مانند اتانول (۱-۲ درصد) برای جلوگیری از تجزیه استفاده شود

به همین دلیل است که هرگز کلروفرم را در بطری‌های شیشه‌ای بی‌رنگ یا پلاستیکی شفاف نگهداری نمی‌کنند.

خرید کلروفرم

تتراکلرید کربن چیست؟

تتراکلرید کربن که با نام تترا نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب آلی از خانواده هالوآلکان‌ها است. فرمول شیمیایی آن CCl₄ است، یعنی از یک اتم کربن و چهار اتم کلر تشکیل شده است.

این ماده به صورت مایعی شفاف، بی رنگ و با بوی شیرین و اتری در دمای اتاق وجود دارد. تتراکلرید کربن در آب حل نمی‌شود اما با بسیاری از حلال‌های آلی به خوبی مخلوط می‌گردد.

تاریخچه کشف و کاربرد تتراکلرید کربن

تتراکلرید کربن برای اولین بار در سال ۱۸۳۹ توسط شیمیدان فرانسوی هانری ویکتور رگنولت ساخته شد. او با عبور دادن گاز کلر از روی کلروفرم، موفق به تولید این ماده شد.

در دهه‌های بعد، کاربردهای مختلفی برای این ماده کشف شد. از سال ۱۹۰۰ به بعد، تتراکلرید کربن به عنوان حلال در خشکشویی‌ها استفاده می‌شد. همچنین به دلیل غیر قابل اشتعال بودن، در کپسول‌های اطفای حریق مورد استفاده قرار می‌گرفت.

در صنایع چربی‌گیری، تتراکلرید کربن به دلیل قدرت حل‌کنندگی بالا و تبخیر کامل، حلالی ایده‌ال محسوب می‌شد. همچنین در تولید مبردهای کلروفلوئوروکربن (CFCها) کاربرد گسترده‌ای داشت.

اما در دهه ۱۹۷۰، دانشمندان کشف کردند که تتراکلرید کربن به لایه ازن آسیب می‌زند. همچنین سمیت بالای آن برای کبد و کلیه ثابت شد. با امضای پروتکل مونترال در سال ۱۹۸۷، تولید و مصرف تتراکلرید کربن به شدت محدود گردید.

امروزه استفاده از تتراکلرید کربن تنها در موارد خاص و تحت کنترل شدید مجاز است و بیشتر کاربردهای آن با حلال‌های ایمن‌تر جایگزین شده است.

مشخصات فیزیکی تتراکلرید کربن

• فرمول شیمیایی: CCl₄
• جرم مولی: ۱۵۳.۸۲ گرم بر مول
• دمای جوش: ۷۶.۷ درجه سانتی‌گراد
• دمای ذوب: منفی ۲۲.۹ درجه سانتی‌گراد
• چگالی: ۱.۵۹۴ گرم بر میلی‌لیتر
• نقطه اشتعال: ندارد (غیر قابل اشتعال)
• حلالیت در آب: بسیار کم (۰.۸ گرم در لیتر)

کاربردهای تتراکلرید کربن

حلال در صنایع چربی‌گیری

تتراکلرید کربن در گذشته به عنوان یک حلال قدرتمند برای چربی‌گیری قطعات فلزی و الکترونیکی استفاده می‌شد. این ماده به دلیل تبخیر کامل و عدم باقیماندن اثر، برای تمیزکاری قطعات حساس بسیار مناسب بود. صنایع خودروسازی و تعمیرگاه‌های لوکوموتیو از آن استفاده می‌کردند. همچنین در خشکشویی‌ها برای پاک کردن لکه‌های چرب از لباس کاربرد داشت.

تولید مبردهای قدیمی (CFCها)

تتراکلرید کربن ماده اولیه اصلی در تولید کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCها) مانند فریون-۱۱ و فریون-۱۲ بود. این گازها در یخچال‌ها، کولرهای گازی و اسپری‌های تحت فشار استفاده می‌شدند. پس از اثبات آسیب این گازها به لایه ازن، تولید آنها متوقف شد و در نتیجه مصرف تتراکلرید کربن نیز کاهش یافت.

ماده اولیه در تولید مواد شیمیایی

تتراکلرید کربن به عنوان ماده اولیه در تولید حلال‌های کلردار دیگر مانند کلروفرم و دی کلرومتان استفاده می‌شود. همچنین در تولید مواد شیمیایی کشاورزی مانند آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها کاربرد دارد. در تولید برخی پلیمرها و رزین‌های خاص نیز نقش دارد.

حلال در آزمایشگاه‌ها (در گذشته)

تا چند دهه پیش، تتراکلرید کربن یک حلال رایج در آزمایشگاه‌های شیمی بود. از آن در کروماتوگرافی، استخراج‌های مایع-مایع و واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شد. امروزه به دلیل سمیت بالا و ممنوعیت‌های زیست محیطی، استفاده از آن در آزمایشگاه‌ها به شدت محدود شده و با حلال‌های دیگر جایگزین گردیده است.

تولید رنگ و پوشش

تتراکلرید کربن به عنوان حلال در تولید برخی رنگ‌ها، لاک‌ها و پوشش‌های صنعتی کاربرد داشت. این ماده باعث روان شدن رنگ و پخش یکنواخت آن روی سطح می‌شد. امروزه با توجه به ممنوعیت تتراکلرید کربن، تولیدکنندگان از جایگزین‌های ایمن‌تر استفاده می‌کنند.

نکات ایمنی تتراکلرید کربن

تتراکلرید کربن بسیار سمی است. این ماده به شدت به کبد و کلیه آسیب می‌زند. در گروه مواد سرطان‌زای احتمالی قرار دارد. استنشاق بخارات آن باعث سرگیجه، تهوع و در مقادیر بالا بیهوشی و مرگ می‌شود. همچنین این ماده به لایه ازن آسیب می‌زند و تولید آن تحت پروتکل مونترال محدود شده است.

پروتکل مونترال و ممنوعیت تتراکلرید کربن

پروتکل مونترال یک معاهده بین‌المللی است که در سال ۱۹۸۷ برای حفاظت از لایه ازن به تصویب رسید. این پروتکل تولید و مصرف مواد مخرب لایه ازن را محدود و سپس ممنوع کرد .

تتراکلرید کربن به عنوان یکی از مواد مخرب لایه ازن در ضمیمه B این پروتکل ثبت شد. پتانسیل تخریب لایه ازن (ODP) آن ۱.۱ تخمین زده شده است .

زمان‌بندی ممنوعیت برای کشورهای توسعه یافته

از سال ۱۹۹۵، کشورهای صنعتی موظف شدند تولید و مصرف تتراکلرید کربن را ۸۵ درصد کاهش دهند. از اول ژانویه ۱۹۹۶، این ماده به طور کامل در این کشورها ممنوع اعلام شد .

زمان‌بندی ممنوعیت برای کشورهای در حال توسعه

کشورهای در حال توسعه (ماده ۵) فرصت بیشتری دریافت کردند. آنها از سال ۲۰۰۵ موظف به کاهش ۸۵ درصدی شدند و از سال ۲۰۱۰ استفاده از تتراکلرید کربن در این کشورها نیز کاملاً ممنوع گردید .

موارد استثنا

استفاده از تتراکلرید کربن به عنوان ماده اولیه (Feedstock) در تولید سایر مواد شیمیایی، در صورت عدم انتشار در محیط، همچنان مجاز است. همچنین موارد استفاده ضروری خاص نیز با تأیید نهادهای مربوطه امکان‌پذیر می‌باشد .

امروزه به دلیل این ممنوعیت‌ها، تتراکلرید کربن دیگر یک حلال رایج صنعتی نیست و با جایگزین‌های ایمن‌تر مانند هیدروکربن‌ها و حلال‌های دوستدار محیط زیست جایگزین شده است.

خرید تتراکلرید کربن

جدول مقایسه سریع کلروفرم و تتراکلرید کربن

تفاوت‌های اصلی در خواص و کاربردها

تفاوت در ساختار مولکولی

کلروفرم سه اتم کلر و یک اتم هیدروژن دارد. تتراکلرید کربن چهار اتم کلر و هیچ اتم هیدروژنی ندارد. به همین دلیل تتراکلرید کربن غیرقطبی‌تر و چربیدوست‌تر است.

تفاوت در فراریت

کلروفرم با دمای جوش ۶۱.۲ درجه، فرارتر از تتراکلرید کربن با دمای جوش ۷۶.۷ درجه است. یعنی کلروفرم سریع‌تر تبخیر می‌شود.

تفاوت در پایداری

کلروفرم در مجاورت نور و هوا تجزیه شده و فسژن تولید می‌کند. تتراکلرید کربن چنین مشکلی ندارد و پایدارتر است.

تفاوت در سمیت

هر دو ماده بسیار سمی هستند اما تتراکلرید کربن سمی‌تر از کلروفرم است. تتراکلرید کربن آسیب جدی‌تری به کبد و کلیه وارد می‌کند.

تفاوت در محدودیت استفاده

استفاده از تتراکلرید کربن به دلیل آسیب به لایه ازن و سمیت بالا، به شدت محدود شده است. کلروفرم نیز محدودیت‌هایی دارد اما همچنان در صنایع استفاده می‌شود.

مزایا و معایب کلروفرم و تتراکلرید کربن

مزایای کلروفرم

• قدرت حل‌کنندگی بالا
• غیر قابل اشتعال
• در دسترس تر از تتراکلرید کربن
• عدم آسیب به لایه ازن

معایب کلروفرم

• تولید فسژن در مجاورت نور و هوا
• سمیت متوسط تا شدید
• مشکوک به سرطان‌زایی

خرید کلروفرم

مزایای تتراکلرید کربن

• قدرت حل‌کنندگی بسیار بالا
• پایداری عالی (عدم تولید فسژن)
• غیر قابل اشتعال
• چگالی بالا (جداسازی آسان)

معایب تتراکلرید کربن

• سمیت بسیار بالا برای کبد و کلیه
• آسیب شدید به لایه ازن
• محدودیت تولید و مصرف
• قیمت بالاتر

خرید تتراکلرید کربن

مقایسه رفتار استخراج کلروفرم و تتراکلرید کربن

کلروفرم و تتراکلرید کربن هر دو حلال‌های غیرقطبی و سنگین هستند که در فرآیندهای استخراج مایع-مایع کاربرد دارند. اما رفتار آنها در استخراج متفاوت است.

قدرت استخراج

تتراکلرید کربن به دلیل غیرقطبی‌تر بودن، برای استخراج ترکیبات کاملاً غیرقطبی مانند چربی‌ها، روغن‌ها و هیدروکربن‌ها عملکرد بهتری دارد.

کلروفرم به دلیل وجود اتم هیدروژن، قطبی‌تر از تتراکلرید کربن است. این ویژگی باعث می‌شود کلروفرم ترکیبات نیمه قطبی مانند آلکالوئیدها، کلروفیل و برخی داروها را بهتر استخراج کند.

انتخاب پذیری

کلروفرم انتخاب‌پذیری بالاتری نسبت به تتراکلرید کربن دارد. یعنی می‌تواند یک ترکیب خاص را از مخلوط پیچیده جدا کند. تتراکلرید کربن قدرت استخراج عمومی‌تری دارد و طیف وسیع‌تری از مواد را حل می‌کند.

تشکیل امولسیون

کلروفرم تمایل کمتری به تشکیل امولسیون (مخلوط پایدار دو فاز مایع) دارد. این ویژگی جداسازی فازها را آسان‌تر می‌کند.

تتراکلرید کربن نیز امولسیون کمی تشکیل می‌دهد اما در حضور مواد فعال سطحی، مشکل امولسیون بیشتر دیده می‌شود.

جداسازی فازها

چگالی بالای هر دو ماده (کلروفرم ۱.۴۹ و تتراکلرید کربن ۱.۵۹) باعث می‌شود فاز حلال در پایین ظرف جمع شود و جداسازی از فاز آب (بالا) بسیار آسان باشد.

نتیجه برای کاربر

اگر ترکیب هدف شما غیرقطبی و ساده است، تتراکلرید کربن انتخاب بهتری است (البته با توجه به ممنوعیت آن).

اگر ترکیب هدف نیمه قطبی یا دارای گروه‌های عاملی خاص است، کلروفرم عملکرد بهتری دارد.

در عمل امروزی، به دلیل ممنوعیت تتراکلرید کربن، کلروفرم رایج‌ترین گزینه برای استخراج با حلال سنگین کلردار محسوب می‌شود.

راهنمای انتخاب بین کلروفرم و تتراکلرید کربن بر اساس نیاز

چه زمانی کلروفرم را انتخاب کنیم؟

اگر به حلالی با قدرت حل‌کنندگی مناسب نیاز دارید و می‌توانید شرایط نگهداری اصولی (دور از نور) را فراهم کنید:

• استخراج ترکیبات طبیعی
• سنتزهای دارویی
• کروماتوگرافی
• واکنش‌هایی که نیاز به حلال بدون اشتعال دارند

چه زمانی تتراکلرید کربن را انتخاب کنیم؟

امروزه به دلیل محدودیت‌های شدید زیست محیطی و بهداشتی، استفاده از تتراکلرید کربن توصیه نمی‌شود. در گذشته برای موارد زیر کاربرد داشت:

• چربی‌گیری صنعتی قطعات فلزی
• تولید مبردها
• حلال در واکنش‌های غیرقطبی

نکته مهم

به دلیل ممنوعیت‌های بین‌المللی، تتراکلرید کربن دیگر یک حلال رایج نیست و در بیشتر کاربردها با حلال‌های دیگر جایگزین شده است. کلروفرم اگرچه سمی است اما در شرایط کنترل شده و با رعایت اصول ایمنی همچنان استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری مقایسه‌ای

کلروفرم و تتراکلرید کربن دو حلال کلردار مهم از خانواده مشتقات متان هستند. هر دو غیر قابل اشتعال و دارای قدرت حل‌کنندگی بالا می‌باشند.

تتراکلرید کربن با چهار اتم کلر، قدرت حل‌کنندگی بالاتری دارد و پایدارتر است. اما سمیت بسیار بالا و آسیب شدید به لایه ازن باعث شده است استفاده از آن به شدت محدود شود.

کلروفرم با سه اتم کلر، فرارتر است و نیاز به نگهداری خاص دارد. اما سمیت کمتری دارد (هرچند همچنان بالا است) و به لایه ازن آسیب نمی‌زند. به همین دلیل، امروزه کلروفرم کاربرد بیشتری نسبت به تتراکلرید کربن دارد.

جمع‌بندی نهایی

کلروفرم و تتراکلرید کربن هر دو حلال‌های کلردار سمی هستند که به دلیل عدم اشتعال و قدرت حل‌کنندگی بالا ارزشمند محسوب می‌شوند.

تتراکلرید کربن به دلیل آسیب به لایه ازن و سمیت بسیار بالا، دیگر یک حلال رایج نیست و تولید آن محدود شده است. کلروفرم نیز سمی است اما در شرایط کنترل شده و با رعایت اصول ایمنی، همچنان در صنایع داروسازی و آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شود.

اگر نیاز به حلال کلردار دارید، کلروفرم گزینه مناسب‌تری نسبت به تتراکلرید کربن است. اما بهتر است همیشه به دنبال جایگزین‌های ایمن‌تر و سازگار با محیط زیست باشید.

سوالات متداول

فرق اصلی کلروفرم و تتراکلرید کربن در چیست؟

فرق اصلی در تعداد اتم‌های کلر است. کلروفرم CHCl₃ (سه کلر و یک هیدروژن) و تتراکلرید کربن CCl₄ (چهار کلر و بدون هیدروژن) می‌باشد.

چرا تتراکلرید کربن ممنوع شده است؟

به دو دلیل: اول اینکه به شدت به لایه ازن آسیب می‌زند. دوم اینکه سمیت بسیار بالایی برای کبد و کلیه دارد و می‌تواند باعث مرگ شود.

آیا کلروفرم هم ممنوع است؟

خیر، کلروفرم ممنوع نیست اما استفاده از آن محدود شده و باید با رعایت اصول ایمنی مصرف شود.

کدام یک سمی‌تر است؟

تتراکلرید کربن سمی‌تر از کلروفرم است و آسیب جدی‌تری به کبد و کلیه وارد می‌کند.

آیا می‌توان به جای تتراکلرید کربن از کلروفرم استفاده کرد؟

در بسیاری از کاربردها بله. کلروفرم می‌تواند جایگزین مناسبی برای تتراکلرید کربن باشد، هرچند قدرت حل‌کنندگی کمی پایین‌تر دارد.

مطالعه بیشتر

کلروفرم و دی کلرومتان؛ تفاوت خواص و کاربردها