高校 · 15分
単蒸留：エタノールと水の分離
着色したエタノール水溶液を加熱し、凝縮した蒸気を集める。蒸気が揮発性成分に富む理由と、単蒸留でエタノール–水の共沸を分離できない理由を学ぶ。
目的
沸点差を利用して揮発性成分を分離し、蒸留中の温度変化を解釈する。
器具と試薬
エタノール水溶液、蒸留フラスコと温度計、水冷冷却器とチューブ、受器、沸騰石、マントルヒーターまたは湯浴、保護めがね。
手順
- シミュレーションのフラスコ・温度計・冷却器・受器を確認し、初期温度を記録する。
- 温度を徐々に上げ、沸騰と留出液の最初の滴が現れる時点を観察する。
- 留出量の操作を増やし、受器の液面とフラスコ温度を比較して蒸気組成の変化を考える。
- 初留分がエタノールに富む理由を説明し、一定沸点の共沸混合物が通常の蒸留による精製の限界になることを示す。
観察すること
- 沸騰域より下では泡は散発的だが、沸騰が始まると凝縮液が受器へ安定して滴下する。
- 留出液はフラスコ内の液体より色が薄い。蒸気は揮発性の高いエタノールに富んでいる。
解説
エタノールの沸点は 78.4 °C、水は 100 °C なので、蒸気と初期留出液はエタノールに富む。共沸点（約 78.2 °C、約95.6 wt% エタノール）付近の温度停滞が単蒸留の限界であり、これを破るには別の手法が必要である。
実験の歴史
蒸留は紀元後最初の数世紀のアレクサンドリアの蒸留器に遡るが、800 年頃のジャービル・イブン＝ハイヤーンの著述がアレンビックを物質精製の体系的な実験器具に変えた。アルコールを追い求めた中世の蒸留者は螺旋冷却管を完成させ、同じ装置 — 蒸留器・冷却器・受器 — が今日も溶媒精製や石油分留に使われる。「蒸発し再凝縮する」論理は 12 世紀間変わっていない。
ゆかりの化学者
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。