물리화학실험 | 메탄올 수용액의 단순 증류 - Simple Distillation

 

 

 

TIP

 

 

물과 메탄올의 2성분계를 시료로 하여 단순증류를 행하고 단순증류의 의의를 이해한다.

 

 

 

액체를정화시키는데 있어서 가장 흔히 사용되는 방법이 증류(distilation)이다. 주로 사용되는 증류의 방법에는 Simple distilation, Fractional Distilation, Vacuum Distilation 이 있다. 이 방법은 증류 후에도 그대로 남아있는 비 휘발성 불순물로부터 순수한 액체를 제거하기 위해, 또는 끓는점이 다른 액체 혼합물의 분리를 위해서도 사용된다.

 

또한 이 방법은 다른 실험의 일부로서 유기용매를 정화시키거나 추출하기 위하여 사용하기도 한다. 증류는 액체를 끓는점까지 가열하고, 증발한 물질을 냉각하여 다시 액체로 만드는 일이다. 증류할 때 처음에 증발해 나오는 것은 끓는점이 낮은 물질이고, 나중에 나오는 것일수록 끓는점이 높은 물질이다.

 

증류에 의해서 얻는 액체를 유출액 또는 유분이라 하고, 남은 액체를 잔류물이라고 한다. 유출액을 다시 증류하였을 때, 새로 생긴 유출액은 앞서 얻은 유출액보다 휘발성이 더 크고 끓는점도 낮다. 이와 같이 증류를 되풀이하는 것을 재증류라고 한다. 이에 대하여 한 번만 증류하는 것을 단증류라고 한다. 재증류를 되풀이하면 거의 순수한 액체를 얻을 수 있다.

 

증류는 상압에서 하는 상압증류 외에, 끓는점이 높은 것을 감압함으로써 끓는점을 내려서 증류하는 감압증류, 압력을 더 내려서 하는 분자증류 등이 있다. 분자증류는 저온에서 할 수 있는데다가 증발하는 분자 간에 화학변화를 일으킬 우려가 있을 경우에 유효하다.

 

 

단순증류

액체를 가열하여 끓는점에 도달하여 기체 상태가 되는데, 여기서 섞여 있는 액체의 끓는점의 차이를 이용하여 분리를 하는 가장 기초적인 방법을 말한다. 단순 증류는 섞여 있는 액체의 끓는점 차이가 클 경우 사용하게 된다. 단순 증류를 좀 더 자세히 보게 되면 일정량의 액체 혼합물을 가열하여 생긴 증기를 냉각기로 보내어 응축시켜 저비점(비점 즉 액체가 끓어 올라 증기의 발생도가 외압과 같아질 때의 온도가 100도 이하) 성분의 액체를 얻는 방법을 말한다.

 

 

회분식과 연속식이 있다. 회분식은 증발관에 적당한 조성의 원액을 넣고 가열하여 발생한 증기를 응축기에서 응축시키는 증류 방식으로, 가장 간단한 방법이며, 회분 증류 또는 미분 증류라고도 한다. 증류 장치에 메탄올-물 혼합액을 넣어 단증류를 하면, 처음 유출액의 조성은 증기 중의 메탄올의 몰 분율이고, 원액보다 확실히 메탄올의 양이 많다.

 

그러나 증류가 진행됨에 따라 단증류 장치 안의 메탄올이 점점 줄어들고 동시에 끓는점은 상승한다. 단증류를 반복하는 것을 재증류라 하고, 그 횟수를 많이 하면 순수한 메탄올을 얻을 수 있다. 그러나 재증류는 유출액의 양이 횟수마다 적어지므로 능률이 낮아지고, 열의 이용면에서도 비경제적이다.

 

이와 같은 단증류는 회분식 증류 방법이다. 만일, 원액을 연속적으로 공급하고 유출액과 잔액을 연속적으로 빼낸다면 단증류를 연속화할 수 있다. 이런 조작은 석유와 같은 여러 가지 다성분의 혼합물을 분리하는 데 응용되며, 이를 연속 단증류 또는 평형 증류, 플래쉬 증류라고 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 순수한 물과 메탄올의 volumetric flask를 이용하여 밀도를 구한다.

 

2) 50% 메탄올 수용액을 조제하여 밀도를 구하고 증류플라스크에 넣는다.

 

3) 가열과 동시에 콘덴서에 냉각수를 통한다.

 

4) 유출량을 시간에 따라 기록하고 온도도 기록한다.

 

5) 증류가 끝나면 잔액을 냉각시키고 그 양 및 농도를 구한다.

 

 

 

[물리화학실험]메탄올 수용액의 단순 증류 - Simple Distillation 레포트