מלכודת דין-סטארק

שיווי משקל תגובה יכול להיות מושפע עם עודף של ריאגנט או הסרה של מוצר שנוצר על מנת לנהוג שיווי המשקל לצד המוצר. שיווי משקל יכול להיות מושפע גם על ידי טמפרטורה או לחץ. עיקרון בסיסי זה נקרא עיקרון לה שאטלייה וקובע כי שינוי בטמפרטורה, בלחץ, בריכוז או בנפח יגרום להסתגלות מחדש של התגובה כדי ליצור שיווי משקל חדש. על ידי הוספת עודף של ריאגנט, הריכוז משתנה ושיווי משקל חדש קובע, לטובת הצד המוצר. לדוגמה, נהיגה שיווי משקל של הידרוליזה ניתן להשיג בקלות על ידי הוספת עודף של מים.

השפעה על שיווי המשקל של תגובה שבה מים נוצרים כיוצר לוואי, כמו אסתר, אינה פשוטה ודורש כלי זכוכית מיוחדים. כלי זכוכית מיוחדים אלה נקראים מלכודת דין-סטארק ומסייעת להסיר את המים שנוצרו מדיום התגובה(איור 1). ממיסים היוצרים אזוטרופיה עם מים, כמו טולואן, מועסקים בדרך כלל. אזוטרופיה היא נקודה בזיקוק שבו הרכב השלב הנוזלי שווה להרכב שלב הגז. הפרדה נוספת באמצעות זיקוק פשוט מעבר לנקודה האזוטרופית אינה אפשרית. זהו יתרון בעת שימוש במלכודת דין-סטארק כדי להשפיע על שיווי משקל, כי זה יבטיח הסרה מתמשכת של מים. עם חימום תערובת התגובה, אזוטרופי טולואן/מים שנוצר יזקק מעל, יתעבה במעבה, ויזרום למלכודת דין-סטארק. טולואן ומים ייצרו שתי שכבות נפרדות עם טולואן כשכבה העליונה והמים כשכבה התחתונה. בעוד טולואן יכול לזרום בחזרה לתוך בקבוקון התגובה, מים נלכדים כשכבה התחתונה ובסופו של דבר מוסרים משיווי המשקל התגובה ובכך מניעים את התגובה כלפי צד המוצר.

איור 1. מנגנון דין-סטארק

מים ייווצרו וילכדו במהלך התגובה. ניתן לחשב את הכמות התיאורטית של מים שנוצרו עם ההמרה המלאה ולהשוות את הכמות הנמדדת של המים הלכודים כדי לקבוע את התקדמות התגובה.

ניסוי זה מדגים בצורה חיה את העיקרון של לה שאטלייה וכיצד הוא יכול לנהוג בשיווי משקל.

מלכודות דין-סטארק משמשות בדרך כלל להסרת מים מתערובת ממס בנסיבות שונות. לדוגמה, הסרת מים באמצעות זיקוק פשוט כאשר מים אינם יוצרים אזוטרופיה עם הממס האחר, אפשרי עם מלכודת דין-סטארק המבוססת על עיצובו. במקרה של זיקוק אזוטרופי, יש צורך בתוספת של entrainer. entrainer הוא ממס אורגני, אשר ייצר אזוטרופי עם מים אבל לא לערבב עם מים בשלב הנוזלי. התוספת של אנצ'ר מבטיחה הסרה רציפה של מים, אשר נלכד בזרוע הצדדית של מלכודת דין-סטארק. שלא כמו מלכודת דין-סטארק, מנגנון זיקוק רגיל דורש תוספת רציפה של entrainer מאז entrainer מזוקק לא יכול לזרום בחזרה לתערובת הממס.

מלכודת דין-סטארק יכולה לשמש גם כדי להניע את השוויוויליבריה של תגובות, שבו מים נוצרים כמו תוצר לוואי, כמו אסתר או היווצרות אצטל. באמצעות זיקוק אזוטרופי שבו הממס הוא גם entrainer, מים מוסרים מן התגובה ולכן מן שיווי המשקל.

לבסוף, זיקוק אזוטרופי עם מלכודת דין-סטארק יכול לשמש גם כדי לקבוע את תכולת המים של ממיסים או תערובות ממסים. לא רק שניתן להסיר מים עם מלכודת דין-סטארק, אלא גם אלכוהול נדיף על ידי הצבת מסננות מולקולריות 5-Å במלכודת.