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果物を発酵させてアルコールを作るとき、液体混合物を蒸留してその一部を分離できます。この蒸留方法は、発酵などのプロセスで液体を構成するさまざまな組成物を利用します。化学者は、原油の成分の分離など、液体反応の溶媒やその他の生成物の精製にこれらのプロセスを最大限に活用しています。
蒸留装置
蒸留グラフは、液体の成分を分離する蒸留実験で測定された量を示します。これらの実験では 分留塔 液体を丸底フラスコに滴下できるカラムで構成され、カラム上部に温度計があり、蒸気の温度を測定します。
対角線の液体チャンバーは、チャンバーの外側に伸びる上部近くの分数カラムに沿ったポイントに接続します。これにより、蒸気が凝縮して外部フラスコに集まる表面積が作成されます。
単純な蒸留ダイアグラムからの蒸留セットアップにより、液体は気体に沸騰し、凝縮して液体に戻り、蒸留したい液体が外部フラスコに集まるまでこのプロセスを続けます。この装置は、フラスコに溜まった液体を加熱することで作動し、分別カラムが液体混合物の気体の蒸気圧を示します。
上部の温度計は、液体の沸点を読み取る必要があります。外部フラスコは、蒸留したい液体を集め、通気口としても機能するため、過熱によって装置が破損することはありません。
丸底フラスコに滴り落ちる液体と分別カラムを通って上昇する蒸気との接触を最大化することにより、温度を非常に慎重に制御します。分数カラムには、接触面積を最大化するために内部から突出したガラスビーズまたはレベルがある場合があります。温度計を使用して温度を追跡し、これが発生する温度を把握します。最終的に、混合物中の液体の蒸気圧になるはずです。
装置のセットアップにより、混合物の沸点が低い化合物の蒸気圧が、沸点が高い化合物の蒸気圧よりも大きくなることが保証されます。また、これにより、蒸気圧が開いた容器内の液体の大気圧に等しくなる温度として沸点を定義できます。これは、液体状の混合物または化合物が沸騰して気体になる最低温度です。これらの分別蒸留法は、化合物を製造するための工業環境で有用です。
シンプルな蒸留グラフ
モル分率として蒸留されるガスの割合を使用して、液体、液体と蒸気の混合物、および蒸気自体の温度のグラフをプロットし、化合物の2つ以上の成分の沸点を決定することもできます。 。多くの蒸留装置のセットアップは、実験の加熱中に温度を自動的に測定します。これにより、Excelやその他のソフトウェアを使用して簡単にグラフ化できる、連続した一連のデータポイントを提供できます。
これは、蒸気が加熱されて分別カラムを通過するときに、液体と気体の2つの別々の混合物に分離する必要があるためです。蒸留プロセス全体の温度を記録することにより、化合物が実際に沸点に基づいているものを把握できます。
または、同じプロセスを使用して、既知の化合物の沸点を決定できます。ただし、丸底フラスコに影響を与える熱源で達成できる温度によって、プロセスは制限されます。
体積と温度
単純な蒸留グラフには、混合ガスの体積と温度の蒸留グラフが表示され、両方またはすべてのガスの温度が交差する点でガスの各成分の沸点が特定されます。この組成曲線により、適切な装置の設定と温度を把握して、気体または液体の混合物を分離できます。さまざまなタイプの分数カラムを試して、どのカラムが成分の沸点について最も明確なアイデアを提供しているかを把握できます。
単純な蒸留グラフは、単純な蒸留理論に従っています。 単純蒸留 は、気体が一度液体に凝縮することを意味します。したがって、液体または気体は、それらを識別するのに十分離れた沸点を持っている必要があります。
複数の凝縮ステップを使用すると呼ばれます 分留、そしてこの場合、容量対温度の分別蒸留グラフを使用します。他の液体や混合物の理論的なセットアップを推定するために外挿することができます。セットアップにより多くのビーズやプレートがあると、理論的に分離方法が改善され、混合物の分離にかかる時間が長くなります。
単純蒸留理論
実験を通じて蒸留される混合物は純粋なサンプルを生成しませんが、測定するさまざまな混合物に不純物が生じます。これは、方程式を使用して、蒸留からの実験結果と、気体および液体の組成に関する以前に確立されたデータに基づく予測からの実験結果を説明できることを意味します。 Raoults法とDaltons法は、これらの単純な蒸留理論の割合を測定する方法を提供します。
沸騰と凝縮を切り替える蒸気の正確な組成は次のとおりです。 ラウル法、化合物の蒸気圧は溶液中にあるときに低下し、モル組成に関連している可能性があると述べています。方程式 PA= PoA バツ χA 特定のコンポーネントAの分圧 PA コンポーネントのパーセントに対して生成されます PoA そして、「chi」のモル分率 χA.
分圧とは、混合物の構成ガスが同じ温度でその混合物の全容積を持っている場合に構成ガスが持つ圧力です。これにより、手元にモル分率がわかっている場合に存在するガス量を決定できます。
その後、使用することができます ダルトン法 これは、混合ガスの全圧がそれを構成する分圧の合計に等しいことを示しています。ガスの粒子が互いにどのように移動し、相互作用するかの理論がこれを説明しています。
溶液の温度と化合物の沸点を使用して化合物の蒸気圧を記述することができます。温度が上昇すると、より多くの気体分子が適切な方向に互いに衝突して反応を起こすのに十分な運動エネルギーを持つためです発生する。彼らは、液相で粒子を一緒に保持する分子間力を克服するためにこれを必要とします。
産業における蒸留
化合物の沸点と気体特性に関する研究に加えて、蒸留は産業全体の多くの用途で有用であることがわかりました。石油、水、および燃料に使用されるメタンなどの他の成分間の反応の研究および形成に使用されます。食品科学者や製造業者は、それを使用して、酒、ビール、さまざまな種類のワインを作ることができます。蒸留技術は、化粧品、医薬品、その他の化学製造方法の業界で実用化されています。
この技術は、タングステンフィラメントの損傷を防ぎ、電球に光を与えるために電球にも使用されています。これは、空気を分離して電球の製造に必要なガスを生成することによりこれを行います。これらの蒸留方法は、分離の理論および実験方法に従います。