التجميد الجزئي

التجميد التجزيئي عملية تُستخدم في هندسة العمليات والكيمياء لفصل المواد ذات درجات الانصهار المختلفة. يمكن إجراؤها عن طريق الصهر الجزئي لمادة صلبة، كما في تكرير السيليكون أو المعادن بتقنية المناطق ، أو عن طريق التبلور الجزئي لسائل، كما في التقطير بالتجميد ، والذي يُسمى أيضًا بالتجميد العادي أو التجميد التدريجي . وبذلك ، تُجزأ العينة الأولية ( تُفصل إلى أجزاء ).

يمكن أيضًا تحقيق التبلور الجزئي بإضافة مذيب مخفف إلى الخليط، ثم تبريده وتركيزه عن طريق تبخير المذيب، وهي عملية تُسمى تبلور المحلول. ^{[ 1 ]} يُستخدم التجميد الجزئي عمومًا لإنتاج مواد صلبة فائقة النقاء، أو لتركيز السوائل الحساسة للحرارة.

التقطير بالتجميد هو في الواقع تكثيف، وليس تقطيراً بالمعنى الدقيق. ^{[ 2 ]} فهو يزيل المواد الصلبة المتجمدة، ويفصل المادة المذابة عن السائل المتبقي. وهذا مشابه للتقطير الحقيقي، حيث يكون الجزء المتبخر والمكثف مرة أخرى أكثر تركيزاً.

يمتزج الإيثانول والماء السائل امتزاجًا تامًا، لكن الإيثانول عمليًا غير قابل للذوبان في جليد الماء. هذا يعني أنه يمكن ترسيب جليد ماء نقي تقريبًا من خليط إيثانول-ماء مخفف بتبريده بدرجة كافية. يؤدي ترسيب جليد الماء من الخليط إلى زيادة تركيز الإيثانول في الطور السائل المتبقي. يمكن بعد ذلك فصل الطورين بالترشيح أو الترويق. تعتمد درجة الحرارة التي يبدأ عندها ترسيب جليد الماء على تركيز الإيثانول. بالتالي، عند درجة حرارة وتركيز إيثانول محددين، ستصل عملية التجميد إلى حالة اتزان عند نسبة محددة من جليد الماء ومحلول الإيثانول المُركّز بتركيز إيثانول محدد. يمكن قراءة درجات الحرارة ونسب الخلط لهذه الاتزانات الطورية من مخطط الطور للإيثانول والماء. يتم الوصول إلى أقصى تركيز للإيثانول في الطور السائل عند نقطة اليوتكتيك للإيثانول والماء، أي ما يقارب 92.4% إيثانول وزنيًا عند -123  درجة مئوية. ^{[ 3 ]}

أشهر المشروبات المقطرة بالتجميد هي عصير التفاح المخمر وبيرة الثلج . أما نبيذ الثلج فهو نتاج عملية مماثلة، ولكن في هذه الحالة، يحدث التجميد قبل التخمير، وبالتالي فإن السكر هو الذي يتركز وليس الكحول.

عند الرغبة في الحصول على مادة صلبة نقية، قد تحدث حالتان محتملتان. إذا كان الملوث قابلاً للذوبان في المادة الصلبة المطلوبة، يلزم إجراء تجميد تجزيئي متعدد المراحل، على غرار التقطير متعدد المراحل . أما إذا تشكل نظام يوتكتيكي (على غرار المزيج الأيزوتروبي في التقطير)، فيمكن استخلاص مادة صلبة نقية للغاية، شريطة ألا يكون السائل عند تركيبه اليوتكتيكي (وفي هذه الحالة تتشكل مادة صلبة مختلطة، قد يصعب فصلها) أو أعلى من تركيبه اليوتكتيكي (وفي هذه الحالة تتشكل المادة الصلبة غير المرغوب فيها).

عند الحاجة إلى تركيز سائل، يُعدّ التجميد الجزئي مفيدًا لبساطته. كما يُستخدم التجميد الجزئي في إنتاج مركزات عصائر الفاكهة وغيرها من السوائل الحساسة للحرارة، لأنه لا يتطلب تسخين السائل (كما يحدث أثناء التبخر ).

المشروبات الكحولية

يمكن استخدام التجميد الجزئي كطريقة بسيطة لزيادة تركيز الكحول في المشروبات الكحولية المخمرة ، وهي عملية تُعرف أحيانًا بالتقطير بالتجميد. ومن الأمثلة على ذلك مشروب التفاح المخمر (Applejack ) المصنوع من عصير التفاح الصلب ، وبيرة الثلج . عمليًا، ورغم أن هذه التقنية لا تُنتج تركيزًا كحوليًا يُضاهي التقطير ، إلا أنها تُتيح الوصول إلى تركيز معين بجهد أقل بكثير مما تتطلبه أي أجهزة تقطير عملية. يكمن خطر التجميد الجزئي للمشروبات الكحولية في أنه لا يُزيل الشوائب، على عكس التقطير (الحراري). وبالتالي، قد يزيد التجميد الجزئي من نسبة الشوائب إلى الحجم الكلي للمشروب (وإن لم يكن بالضرورة نسبة الشوائب إلى كمية الإيثانول). قد يُسبب هذا التركيز آثارًا جانبية للمُستهلك، مما يؤدي إلى صداع شديد وحالة تُعرف باسم "شلل التفاح" ^{[ 4 ]} (مع أن هذا المصطلح يُستخدم أيضًا للإشارة إلى التسمم الكحولي، ^{[ 5 ]} وخاصةً الناتج عن مشروب التفاح المخمر. ^{[ 6 ]} ).

• التبلور الجزئي (الكيمياء)
• نمو القاعدة المسخنة بالليزر
• تقنية ضخ الثلج
• انصهار المناطق

• التقطير بالتجميد للخل