蒸汽蒸馏

蒸汽蒸馏

蒸汽蒸馏是一种利用不混溶混合物的低沸点特性的分离技术。它主要用于将温度敏感的有机分子与非挥发性污染物分离。有机分子必须与水不混溶。

在蒸汽蒸馏中，不混溶的混合物被加热至沸腾，导致水和挥发性有机化合物的蒸馏。这意味着气态混合物向上流动到冷凝器，然后冷凝器将蒸汽冷凝成液体，以便收集。与简单的蒸馏相比，蒸汽蒸馏在整个过程中使用储水器补充加热混合物中的水分。不混溶的有机成分与水一起缓慢蒸馏，而非挥发性成分保留在加热的混合物中。有机成分蒸馏后，可以使用液-液萃取将其与水分离。

混合物的蒸气压

对于形成均质溶液的混溶混合物，根据拉乌尔定律，每种组分的蒸气压取决于纯组分的蒸气压及其在液体混合物中的摩尔分数。

p_A = p_A^*x_A

其中 p_A 是可混溶液体混合物中一种液体成分的蒸气压，p_A^* 是纯液体的蒸气压，x_A 是混合物中该液体的摩尔分数，等于 n_A/n_t。n_A 是混合物中单个液体的摩尔数， n_t 是混合物中所有液体的摩尔数总数。

可混溶液体混合物上方的总蒸气压等于其中每种成分的分蒸气压之和，这被称为道尔顿定律。液体的蒸气压随温度升高，因为更多的分子获得动能以从液相逃逸到气相。在包含两种液体的混溶混合物中，总压力可以描述为:

P = p_A + p_B

其中 p_A 和 p_B 分别是液体 A 和液体 B 在混合物上方的蒸气压。P 是混合物上方两种液体的总蒸气压。组合方程描述了溶液的总蒸气压与各个组分的摩尔分数之间的关系:

P = p_A^*x_A + p_B^*x_B

在不混溶混合物中，组分形成非均相混合物，每个组分的蒸气压对总蒸气压的贡献无关。因此，总蒸气压等于单个纯蒸气压的总和。在由两种液体组成的不混溶混合物中，总压力定义为第一种液体的蒸气压加上第二种液体的蒸气压。

P = p_A^* + p_B^*

不混溶液混合物的沸点

当液体被加热时，蒸气压增加。混合物中的每种成分都有自己的沸点。在可混溶液体的混合物中，沸腾发生在组成液体的沸点之间的温度下。

对于不混溶的混合物，沸腾发生在比单个组分的沸点低得多的温度下。由于每个单独的组件都是独立贡献的，因此将总蒸气压增加到大气压所需的热量更少。

例如，考虑苯和水的不混溶混合物。苯在常压下的沸点为 80.1 °C，水在常压下的沸点为 100 °C。当总蒸气压达到 760 mm Hg（正常大气压）时，溶液沸腾。在 69.3 °C 时，水的蒸气压为 227 mm Hg，苯蒸气压为 533 mm Hg，总共等于煮沸所需的 760 mm Hg。这远低于任一单个组分的沸点。

引用

1. Kotz， J.C.， Treichel Jr， P.M.， Townsend， J.R. （2012）.化学和化学反应性。加利福尼亚州贝尔蒙特:Brooks/Cole，圣智学习。
2. Silderberg， M.S. （2009）.化学:物质和变化的分子性质。马萨诸塞州波士顿:麦格劳·希尔。

当两种可混溶液体的理想混合物被加热至沸腾时，溶液在每种成分的沸点之间的温度下沸腾。如果这些液体的沸点相差很大，当混合物开始沸腾时，蒸气中富含挥发性成分的分子。这种现象通常用于使用简单的蒸馏来分离混合物，其中两种可混溶液体的混合物被加热，然后将蒸汽冷凝回液体并收集。

由于富含挥发性成分的蒸汽被收集为馏出物，液相变得富含挥发性成分较少的分子。然而，这种技术要求溶液至少加热到挥发性更强的化合物的沸点，并且通常超过该沸点。

对于温度敏感的有机化合物，这种高温可能导致有机分子分解成其他物质。那么，我们如何分离这些类型的化合物呢？首先，让我们退后一步。

回想一下，蒸汽与其凝结相处于平衡状态的压力称为蒸汽压。液体混合物的成分都有自己的蒸气压，我们称之为分压。我们知道，当溶液的总蒸气压等于大气压时，溶液会沸腾。总蒸气压等于各组分的分压之和。

对于可混溶液体的混合物，这意味着液体的任意组合都形成均匀的溶液，分压的计算方法是纯化合物的蒸气压乘以它们在溶液中的摩尔分数。然而，对于不混溶液体的异质混合物，这意味着液体彼此不溶，分压就是纯化合物的蒸气压。

由于非均质混合物的每个组分都独立于其他组分对总蒸气压的贡献，因此当总蒸气压（分压之和）等于大气压时，混合物会沸腾。这种情况发生在低于每种组分的单个沸点的温度下，因为总蒸气压随温度升高的速度也比您预期的要快得多，即使是最易挥发的组分也是如此。

我们可以利用这种现象进行蒸汽蒸馏，用于分离一种对温度敏感的有机化合物，该化合物在高温下分解，不溶于非挥发性物质的水。蒸汽蒸馏装置类似于简单的蒸馏装置，在整个过程中添加储水器以补充水分。

当混合物沸腾时，水和感兴趣的有机化合物都会蒸发。水和有机化合物蒸气进入冷凝器，冷凝成液体并收集。之后分离不混溶的液体。烧瓶的混合物中只剩下水和非挥发性物质。

在本实验中，您将设置并执行蒸汽蒸馏实验，以从橙皮的非挥发性成分中提取精油。然后，您将使用液-液萃取将精油从水中提取到有机溶剂中。