વરાળ-નિસ્યંદન : પાણીમાં અમિશ્ર્ય (immiscible) હોય તેવા પ્રવાહીઓમાં પાણીની વરાળ પરપોટા રૂપે પસાર કરી પ્રવાહીઓનું નિસ્યંદન કરવાની રીત. પાણીની વરાળને બદલે અન્ય વાયુઓ કે બાષ્પનો ઉપયોગ થઈ શકે, પરંતુ કિંમતની દૃષ્ટિએ તેમજ બાષ્પશીલ દ્રવ્યને મેળવવામાં રહેલી સરળતાને લીધે મહદ્ અંશે પાણીની વરાળનો ઉપયોગ થાય છે. જે કાર્બનિક સંયોજનો પાણીમાં અદ્રાવ્ય હોય અને બાષ્પશીલ હોય તેમને માટે આ વિધિ ઉપયોગી છે. આ રીત વડે કાર્બનિક પદાર્થને અલગ કરવા ઉપરાંત તેનું શુદ્ધીકરણ પણ થઈ શકે છે. અત્તર અને સુગંધી દ્રવ્યોના ઉદ્યોગમાં તેનો વધુ ઉપયોગ થાય છે. પ્રચાલન (operating) સમયના તાપમાને અને દબાણે પાણીની વરાળની દ્રાવ્યતા નિસ્યંદિત થતા પ્રવાહીમાં ઓછી હોય તેવાં પ્રવાહીઓ પૂરતી આ પદ્ધતિ મર્યાદિત છે.
ઊંચા ઉત્કલનબિંદુ ધરાવતાં કાર્બનિક સંયોજનોનું વાતાવરણના દબાણે સીધું નિસ્યંદન કરવાથી તેઓ વિઘટન પામતાં હોય અથવા જે પ્રવાહીઓની ઉષ્મા-વિનિમય લાક્ષણિકતા નીચી હોવાથી સ્થાનિક અતિતાપન (overheating) વધુ થઈ જવાની સંભાવના હોય તેમને માટે આ પદ્ધતિ ઉપયોગી છે. વરાળ-નિસ્યંદન દ્વારા અબાષ્પશીલ અશુદ્ધિઓમાંથી બાષ્પશીલ પદાર્થને અલગ કરી શકાય છે તેમજ સાદા નિસ્યંદન વડે જેમ મિશ્રણોનું અલગન કરી શકાય છે તેવાં જ પરિણામો આ પદ્ધતિ વડે મેળવી શકાય છે. બાષ્પીભવન માટે જરૂરી ઉષ્મા આડકતરી રીતે અથવા વરાળ વડે આપવામાં આવે છે. વરાળની મહત્તમ કરકસર માટે આસવિત્ર(still)નું તાપમાન શક્ય અન્ય અનિચ્છનીય ઉષ્મા-અસરો ન જોવા મળે તેટલું ઊંચું તથા બાષ્પ-મિશ્રણના સંઘનન માટે યોગ્ય હોય તેટલું કુલ દબાણ જરૂરી છે.
સામાન્ય રીતે પ્રચાલન (operation) દરમિયાન પાણીમાં અદ્રાવ્ય (insoluble) અથવા અલ્પદ્રાવ્ય હોય તેવા પદાર્થના પાણી સાથેના મિશ્રણમાં પાણીની વરાળ પસાર કરી પદાર્થનું બાષ્પીકરણ (volatilization) કરવામાં આવે છે. નીચેના કિસ્સાઓમાં ઇચ્છિત (desired) કાર્બનિક પદાર્થને અલગ કરવા માટે આ રીત અગત્યની છે : (i) જે પ્રક્રિયાઓમાં ઉપપેદાશ (byproducts) તરીકે અબાષ્પશીલ (nonvolatile) ડામર (tarry) જેવા પદાર્થો ઉદભવતા હોય; (ii) અકાર્બનિક ક્ષારો ધરાવતાં જલીય મિશ્રણોમાંથી; (iii) જ્યાં અલગીકરણ માટેની અન્ય રીતો મુશ્કેલીઓ ઊભી કરે (દા.ત., નાઇટ્રોબેન્ઝીનના કલાઈ વડે થતા અપચયન (reduction) દ્વારા ઉદભવતા એનિલિનના ઈથર-નિષ્કર્ષણ દરમિયાન આલ્કલી અને ટિનનાં સંયોજનોને કારણે પાયસનું ઉત્પન્ન થવું; (iv) બે પદાર્થોના મિશ્રણમાંનો એક પદાર્થ વરાળ-બાષ્પશીલ (steam volatile) ન હોય; (v) કેટલીક ઉપપેદાશો કે જે વરાળ-બાષ્પશીલ હોય તેમજ પ્રક્રિયા પામ્યા વિનાના પ્રારંભિક પ્રક્રિયકોને અબાષ્પશીલ પદાર્થોથી અલગ કરવામાં. સામાન્ય રીતે વરાળ-નિસ્યંદન પાણીના ઉત્કલનબિંદુથી નીચા તાપમાને થાય છે.
સિદ્ધાંત : એકબીજામાં તદ્દન અમિશ્ર્ય હોય તેવાં પ્રવાહીઓની સંતૃપ્ત બાષ્પ (saturated vapours) ડાલ્ટનના આંશિક દબાણના નિયમ(1801)ને અનુસરે છે. આ નિયમ મુજબ એકબીજા સાથે રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરતાં ન હોય તેવા બે અથવા વધુ વાયુઓ કે બાષ્પને અચળ તાપમાને મિશ્ર કરવામાં આવે ત્યારે પ્રત્યેક વાયુ જાણે પોતે એકલો હાજર હોય તેવું બાષ્પદબાણ દર્શાવે છે અને આવા આંશિક દબાણો(Pn)નો સરવાળો કુલ દબાણ (P) જેટલો થાય છે.
P = P1 + P2 + …………. + Pn
આથી જ્યારે બે અમિશ્ર્ય પ્રવાહીઓના મિશ્રણનું નિસ્યંદન કરવામાં આવે ત્યારે તેનું ઉત્કલનબિંદુ એ એવું તાપમાન હશે કે જ્યારે બાષ્પદબાણોનો સરવાળો વાતાવરણના દબાણ જેટલો થાય. આ તાપમાન વધુ બાષ્પશીલ ઘટકના ઉત્કલનબિંદુ કરતાં નીચું હશે. હવે બે પૈકીનું એક પ્રવાહી પાણી હોવાથી વાતાવરણના દબાણે વરાળ-નિસ્યંદન 100° સે. કરતાં નીચેના તાપમાને ઊંચા ઉત્કલનીય (higher boiling) ઘટકના અલગનમાં પરિણમશે. જ્યાં સુધી મિશ્રણમાંનો એક ઘટક લગભગ પૂર્ણ રીતે અલગ ન થાય ત્યાં સુધી મિશ્રણનું ઉત્કલનબિંદુ અચળ (constant) રહેશે. તે પછી ચંબુ(flask)માં જે પ્રવાહી રહે તેના ઉત્કલનબિંદુ જેટલું તાપમાન ઊંચે જશે. આવા મિશ્રણમાંથી બહાર આવતી બાષ્પમાં પ્રત્યેક ઘટક કદથી તેના સાપેક્ષ બાષ્પદબાણના પ્રમાણમાં હાજર હશે.
જો બે પ્રવાહી A અને Bના મિશ્રણના ઉત્કલનબિંદુએ જે તે શુદ્ધ ઘટકનાં બાષ્પદબાણ PA અને PB હોય તો કુલ દબાણ
P = PA + PB
જ્યારે બાષ્પનું સંઘટન
થશે જ્યાં nA અને nB બાષ્પ-પ્રાવસ્થા(phase)ના કોઈ એક કદમાં બે ઘટકોની મોલસંખ્યા છે.
(W = આપેલા કદમાં ઘટકનું વજન, M = ઘટકનો અણુભાર) હોવાથી
બાષ્પ-પ્રાવસ્થામાં ઘટકોનાં સાપેક્ષ વજન નિસ્યંદિત(distillate)માંનાં તેમનાં સાપેક્ષ વજનો જેટલાં હશે એટલે કે ગ્રાહકપાત્ર(receiver)માં એકઠા થતા બે પ્રવાહીઓનાં વજનો તેમના બાષ્પદબાણ અને તેમના અણુભારના સીધા અનુપાતમાં હશે.
ઉપરનું સમીકરણ વરાળ-નિસ્યંદનમાં અગત્યનું છે, કારણ કે જેમ MAPAનું મૂલ્ય નાનું તેમ WBનું મૂલ્ય વધુ હોય છે. પાણી નાનો અણુભાર અને પ્રમાણમાં સાધારણ બાષ્પદબાણ ધરાવે છે. આથી તેને માટે MAPAનું મૂલ્ય નીચું રહે છે. આથી ઊંચા અણુભાર અને નીચું બાષ્પદબાણ ધરાવતા પદાર્થોનું અલગીકરણ શક્ય બને છે.
વરાળ-નિસ્યંદનનાં સાદાં સાધન
વરાળ-નિસ્યંદન માટેનું સાદું ઉપકરણ આ સાથે દર્શાવેલી આકૃતિમાં બતાવ્યું છે.
વરાળ ઉત્પન્ન કરવા માટે તાંબાના પાત્ર(A)માં પાણી ભરી તેને ગરમ કરવાથી પાણીની વરાળ ઉત્પન્ન થાય છે, જે વરાળ-નિસ્યંદન માટે રાખેલા કાર્બનિક મિશ્રણ ધરાવતા ફ્લાસ્ક(B)માં આવે છે. ફ્લાસ્ક(B)ને પણ નાની જ્યોત વડે ગરમ રાખવામાં આવે છે, જેથી તેમાં આવતી પાણીની બાષ્પ ઠંડી પડતી નથી અને પાણીનો જથ્થો વધતો અટકે છે. પાણીની વરાળ દ્રાવણ અથવા મિશ્રણમાંથી પસાર થતાં તે પોતાની સાથે બાષ્પશીલ પદાર્થને લઈ જાય છે જે શીતક(C)માંથી પસાર થતાં ઠંડી થઈ કાચના અનુકૂલક (adapter) દ્વારા પ્રવાહી રૂપે પદાર્થ સાથે કોનિકલ ફ્લાસ્ક(D)માં એકઠી થાય છે. જો કાર્બનિક પદાર્થ ઘન હોય તો ગાળણક્રિયા વડે અને પ્રવાહી હોય તો ભિન્નકારી ગળણી (separating funnel) વડે અલગ પાડવામાં આવે છે.
પ્રહલાદ બે. પટેલ