単純蒸留

液体が加熱されると、気相の無秩序の増加が液相の分子間相互作用を上回るまでエネルギーを獲得します。十分な分子が気相に入ると、それらは泡の形で液体から逃げます。この効果は沸騰と呼ばれ、物質の全蒸気圧が大気圧と等しいときに発生します。

蒸気圧は、凝縮相と平衡状態にある蒸気の圧力であり、温度によって変化します。液体の混合物では、各成分には独自の蒸気圧があり、これを分圧と呼びます。混合物の全蒸気圧は、分圧の合計に等しくなります。液体が混和性である場合、つまり常に均質な溶液を形成する場合、各成分の分圧は、その温度での純粋な化合物の蒸気圧に液体中のモル分率を掛けた値になります。

液体混合物中に最初の蒸気の泡が形成され始める温度は、バブルポイントと呼ばれます。純粋な液体の場合、泡点と蒸気が凝縮し始める温度、つまり露点の両方が沸点と同じです。ただし、2つの混和性液体の混合物の場合、気泡点と露点の両方がコンポーネントの沸点の間になります。

混合物が最初に沸騰すると、蒸気は沸点の低い化合物、または揮発性の高い化合物で豊富になります。これにより、液体混合物中の沸点が高い化合物、または揮発性の低い化合物の割合が増加します。

蒸留は、この現象を利用した分離技術です。単純蒸留では、均質な液体混合物を煮沸します。上昇する蒸気は、水冷コンデンサーの内部チャンバーに入ります。蒸気は凝縮して蒸留物と呼ばれる液体になり、蒸留物は別の容器に集められます。

沸騰が続くと、より揮発性の高い成分が除去されるにつれて、液体と蒸気の組成が変化します。したがって、留出物を小さな画分で収集すると、各画分に異なるモル比で化合物が含まれていることがわかります。

液体混合物中の揮発性の低い成分の割合が増加すると、気泡点と露点も増加します。混合物の気泡点と露点を成分のモル分率に対してプロットすると、沸点図が作成されます。この図ができたら、露点曲線を使用して、特定の温度での蒸気の組成を決定できます。

このラボでは、シクロヘキサンとトルエンの混合物の単蒸留をセットアップして実行し、実験全体を通して蒸気の温度を記録します。次に、公開されているシクロヘキサンとトルエンの沸点図を使用して蒸気の組成を決定し、蒸留中の液体混合物の組成を推定できるようにします。