증기 증류법

증기 증류법

증기 증류는 혼합되지 않는 혼합물의 낮은 끓는점 특성을 활용하는 분리 기술입니다. 주로 온도에 민감한 유기 분자를 비휘발성 오염 물질로부터 분리하는 데 사용됩니다. 유기 분자는 물과 섞이지 않아야 합니다.

증기 증류에서는 비혼화성 혼합물이 가열되어 끓어오르게 되어 물과 휘발성 유기 화합물을 모두 증류합니다. 이것은 기체 혼합물이 응축기로 위쪽으로 이동한 다음 증기를 액체로 응축하여 포집할 수 있음을 의미합니다. 단순 증류와 달리 증기 증류는 물 저장소를 사용하여 공정 전반에 걸쳐 가열된 혼합물에 물을 보충합니다. 비혼화성 유기 성분은 물과 함께 천천히 증류되는 반면, 비휘발성 성분은 가열된 혼합물에 남아 있습니다. 유기 성분이 증류되면 액체-액체 추출을 사용하여 물과 분리할 수 있습니다.

혼합물의 증기압

균질 해결책을 형성하는 혼화성 혼합물을 위해, 각 분대의 증기압은 Raoult 법률에 따라 액체 혼합물에 있는 순수한 분대 그리고 그것의 두더지 분율의 증기압에 달려 있습니다.

p_A = p_A^*x_A

여기서,_{p A}는 혼화성 액체 혼합물에서 한 액체 성분의 증기압이고, p_A^*는 순수한 액체의 증기압이며, x_A는 혼합물에서 해당 액체의 몰 분율이며, 이는 n_A/n_t와 같습니다. n_A는 혼합물 내 개별 액체의 몰 수입니다. 그리고 nt_는 혼합물에 있는 모든 액체의 총 몰 수입니다.

혼화성 액체 혼합물 위의 총 증기압은 그 안에 있는 각 성분의 부분 증기압의 합과 같으며, 이를 Dalton의 법칙이라고 합니다. 액체의 증기압은 더 많은 분자가 액체 상태에서 기체 상태로 탈출하기 위해 운동 에너지를 얻음에 따라 온도에 따라 증가합니다. 두 개의 액체를 포함하는 혼합성 혼합물에서 총 압력은 다음과 같이 설명될 수 있습니다.

P = p_A + p_B

여기서, p_{, A} 및 p_{, B}는 각각 혼합물 위의 액체 A 액체 B의 증기압입니다. P는 혼합물 위의 두 액체의 총 증기압입니다. 방정식을 결합하면 용액의 총 증기압과 개별 구성 요소의 몰 분율 사이의 관계가 설명됩니다.

P = p_A^*x_A + p_B^*x_B

성분이 이질적인 혼합물을 형성하는 혼합되지 않는 혼합물에서 각 성분의 증기압은 총 증기압에 독립적으로 기여합니다. 따라서 총 증기압은 개별 순수 증기압의 합과 같습니다. 두 개의 액체로 구성된 혼합되지 않는 혼합물에서 총 압력은 첫 번째 액체의 증기압에 두 번째 액체의 증기압을 더한 값으로 정의됩니다.

P = p_A^* + p_B^*

비혼합성 혼합물의 끓는점

액체가 가열되면 증기압이 증가합니다. 혼합물의 각 성분에는 자체 끓는점이 있습니다. 혼화성 액체의 혼합물에서 끓는 것은 구성 액체의 끓는점 사이의 온도에서 발생합니다.

혼합되지 않는 혼합물의 경우, 끓는 것은 개별 구성 요소의 끓는점보다 훨씬 낮은 온도에서 발생합니다. 각 개별 구성 요소가 독립적으로 기여하기 때문에 총 증기압을 대기압으로 증가시키는 데 더 적은 열이 필요합니다.

예를 들어, 벤젠과 물의 혼합되지 않는 혼합물을 생각해 보십시오. 정상 대기압에서 벤젠의 끓는점은 80.1 °C이고 정상 대기압에서 물의 끓는점은 100 °C입니다. 용액은 총 증기압이 760mm Hg (정상 대기압)에 도달하면 끓습니다. 69.3 ° C에서 물의 증기압은 227 mm Hg이고 벤젠 증기압은 533 mm Hg이며, 이는 총 끓는 데 필요한 760 mm Hg와 같습니다. 이것은 개별 구성 요소의 끓는점보다 훨씬 낮습니다.

참조

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). 화학 및 화학 반응성. 캘리포니아 벨몬트 : Brooks / Cole, Cengage Learning.
2. Silderberg, M.S. (2009). 화학: 물질과 변화의 분자적 성질. 매사추세츠주 보스턴: 맥그로 힐.