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[자연과학] 일반화학실험 - 알코올의 증류 (파일첨부1)

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[자연과학] 일반화학실험 - 알코올의 증류

1. Title : 알코올의 증류

2. Introduction : 불순물을 포함한 알코올을 증류하여 순수하게 분리한다.

3. Principle & Theory

① 끓음

증기압과 대기압이 같아지는 온도까지 가열하면 증발은 물의 표면 뿐 아니라 액체 의 전 장소에서 일어난다.
이 온도에서는 수증기가 생성된 지점으로 대기가 유입되 고 다시 증발을 용이하게 한다.
액체 안에서 증기의 기포가 생기고 표면으로 올라 오는 것이다.
이러한 액체 전체에서 일어나는 급격한 증발을 끓음이라 한다.

② 끓는점(Boilling Point)

액체와 기체가 평형을 이루는 온도. (액체 기체)

대기압과 증기압이 평형을 이루는 온도.

압력에 민감.

정상 끓는점 : 대기압 1기압에서의 끓는점. ex) H2O 100℃

③ 액화

기체의 에너지를 제거하면 입자를 느리게 움직이게 하고 전체 변화과정을 역전시킨 다.

증발된 기체가 액체로 변하는 것을 액화라 한다.

④ 기화

액체의 기체로의 변화.

끓는점 아래 온도에서 일어날 수 있는데 생성되는 기체의 압력은 1기압보다 낮다.

⑤ 증기압(Vapor Pressure)

액체가 닫혀진 용기 내에 있다면 증발하는 분자들이 액체위의 증기 상에 축적된다.

이 경우에 축적된 기체분자들이 가지는 압력.

순물질

혼합물

액체 모두 기화할 때까지 끓는점이 일정하게 유지

끓는 현상이 나타나면서 용액의 온도는 계속 증가

온도증가 ⇒ 증기압 증가



⑥ 증류(Distillation)

휘발성이 큰 물질

먼저 증류

휘발성이 작은 물질

늦게 기화, 액체 상태로 남아 있음.

끓는 액체에서 나온 증기(기화)를 찬 표면으로 옮겨서 증기를 액체로 응축(액화)하 는 과정.



[혼합물의 끓는점 곡선]







(1) 단순 증류(Simple distillation)

불순물이 비휘발성인 혼합용액과 끓는점의 차이가 큰 혼합용액에 이용.

효율이 크지 않음.

(2) 분별 증류(Fractional distillation)

불순물이 휘발성인 혼합용액에 이용.

단순 증류를 여러 번 한 것과 같은 효과.

(3) 감압 증류(Vacuum distillation)

고온에서 분해되는 혼합용액에 이용. 낮은 온도에서 분리 가능.

혼합용액의 내부압력↓(진공펌프) ⇒ 끓는점↓



(4) 증기 증류(Steam distillation)

휘발성 물질(유기용매)과 물의 혼합용액에 이용.

혼합물이 끓는점이 더 낮은 구성성분의 끓는점 이하의 온도에서 증류되는

장점.

⑦ 불변 끓음 혼합물

액체와 평형을 이루고 있는 증기가 액체 자체와 꼭 같은 조성을 가지므로 끓는점이 일정하게 나타나는 혼합물. → 순물질처럼 일정한 온도에서 끓고, 용액과 증기가 같은 조성을 갖는다.

ex) 4%의 물과 96%의 에탄올 ⇒ 78.17℃

(1) 높은 불변 끓음 혼합물 : 물-염산, 물과 염산 사이의 인력이 순수한 성분들의 인력보다 강하다.

(2) 낮은 불변 끓음 혼합물 : 에탄올-물, 순수한 성분들의 인력이 에탄올-물 분자 간의 인력보다 강하다.



[기체와 액체 혼합물의 끓는점과 조성의 관계]

XG : 처음 증발된 증기의 조성

XL : 원래 액체의 조성



⑧ 정제

혼합물에서 그 구성성분들을 분리해 냈을 때, 그 구성 물질들은 정제되었다고 말한 다.
그러나 대부분 단 한 번의 조작이나 한 단계의 작업으로 물질을 분리하기는 거 의 불가능한 일이어서 분리과정을 반복하여 수행할 필요가 있다.

정제의 방법에는,

① 거름(여과) ② 재결정 ③ 분액깔때기에 의한 분리 ④ 승화에 의한 분리 ⑤ 증류

⇒ 이 실험에서는 단순 증류의 원리를 이해하기 위해서 비휘발성 불순물이 포함된 에탄올 용액을 증류 방법으로 정제한다.





참고!

▶ 알코올의 확인

실험에 사용되는 알코올은 에탄올과 2-부탄올의 혼합용액을 끓는점의 차이에 의해서 분리를 한 후 각각의 알코올을 확인해야 한다.
그러기 위해서는 알코올 의 특성에 따라 확인할 수 있는 시험이 필요한데, 여기서 우리가 할 수 있는 시 험은 루카스 테스트이다.

루카스 테스트

1차, 2차, 3차 알코올을 구별하는 테스트.

각 알코올에 진한 염산이나 루카스 시약(진한염산과 무수염화아연)을 작용시켜 염화물의 생성 여부를 통해 알코올을 구분.

→ 루카스 시약을 미지의 알코올에 작용시켜서

염화물 생성 X : 1차 알코올

염화물 생성 O : 2차, 3차 알코올



→ 2차와 3차 알코올에 진한 염산을 작용시켜서

염화물 생성 X : 2차 알코올

염화물 생성 O : 3차 알코올

⇒

10분 내지 수일

알코올의 종류

반응시간(분)

1차 알코올

`6

2차 알코올

1~5

3차 알코올

`1

알코올의 루카스 시약과의 반응



※ 반응성의 크기는 1차 ` 2차 ` 3차

4. Apparatus & Reagents : 가지달린 삼각플라스크(250㎖), 피펫, 시험관, 가열기, 물중탕, 클램프, 얼음,

색깔이 짙은 불순물을 포함한 에탄올

(우리는 이번 실험에서 요오드를 불순물로 사용.)

5. Procedure

1) 250㎖ 가지 달린 삼각플라스크에 10㎖의 고체를 포함한 불순한 에탄올을 넣는다.

2) 온도계와 피펫을 이용한 공기 냉각기를 그림과 같이 장치한다.

액화가 효과적으로 일어나게 하기 위해서 에탄올을 수집하는 시험관을… (파일첨부1)



..... (중략)






제목 : [자연과학] 일반화학실험 - 알코올의 증류 (파일첨부1)
출처 : 지식114 자료실



[문서정보]

문서분량 : 6 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : [자연과학] 일반화학실험 - 알코올의 증류
파일이름 : 자연과학 일반화학실험 - 알코올의 증류.hwp
키워드 : 자연과학,일반화학실험,알코올,증류,알코올



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