알코올의 증류 실험과정 및 실험결과

알코올의 증류

* Introduction

단순 증류법을 이용하여 불순물이 포함된 알코올에서 순수한 알코올을 분리해낸다. 증류에 관한 화학적 원리를 이해하고, 다양한 증류법들을 알아본다.

* Principle & Theory

1) 끓는점

순수한 액체에 열을 가하면 액체의 온도가 증가함에 따라 분자의 운동에너지도 증가하여 기체로 변한다. 따라서 액체 위에 존재하는 증기에 의해서 나타나는 압력인 증기압도 증가한다. 증기압과 대기압이 같아지면 액체 내부에서도 기체로 변하는 기화가 일어나며, 이때 액체가 끓는다고 한다. 순수한 액체의 끓는점은 액체가 끓기 시작해도 변화가 없다. 그러나 끓는점이 다른 두 종류의 액체를 혼합한 용액을 가열하면 대부분의 경우 끓어도 용액의 온도는 계속 증가한다. 따라서 가열하면서 액체의 온도 변화를 관찰하면 혼합물과 순물질을 쉽게 구별할 수 있다.


2) 증류법

액체의 끓는점의 차이를 이용해서 액체 혼합물을 정제하고 분리하는 방법인 증류에는 단순증류, 분별증류, 감압증류, 증기증류 등 여러종류의 증류법이 존재한다.


- 단순증류 : 끓는점의 차이가 큰 액체 혼합물을 각각의 순수한 액체로 분리하는 방법인 가장 간단한 증류 방법이다. 실험실에서는 액체 혼합물을 플라스크에서 가열한 후 일정한 온도에서 발생되는 기체를 냉각시켜 액체로 만들어 분리한다.


- 분별증류 : 서로 잘 섞여 있는 액체 혼합물을 끓는점 차이에 의해 분리하는 방법으로 두 액체의 온도변화에 따른 그래프를 사용하여 상전이구간을 찾아낸다. 원유의 분리에 주로 사용되는 증류법이다.



- 감압증류 : 낮은 압력에서는 물질의 끓는점이 내려가는 현상을 이용하여 시행하는 분리법이다. 상압(대기압 = 1기압)에서 끓는점까지 가열하면 분해할 우려가 있는 물질을 증류할 때 사용한다. 실험실의 분리, 정제과정이나 유지공업에서 지방산의 분리, 정제 등에 사용된다.


- 증기증류 : 끓는점이 높고, 물에 거의 녹지 않는 유기 화합물에 수증기를 불어 넣어, 그 물질의 끓는점보다 낮은 온도에서 수증기와 함께 유출되어 나온 물질의 증기를 냉각하여, 물과의 혼합물로써 응축시키고, 그것을 분리시키는 증류법을 말하는데, 유류 등에 사용된다.


* Apparatus & Reagents

준비물

- 가지달린 삼각플라스크 (250ml)
- 피펫
- 시험관
- 가열기
- 물중탕
- 클램프
- 얼음
- 불순물을 포함한 에탄올


시약 : 에탄올(Ethanol)

화학식 : C2H5OH
분자량 : 46.07g/mol
녹는점 : 159.05K (-114.1°C)
끓는점 : 351.47K (+78.32°C)
밀도 : 0.789g/cm3
특징 : 증기는 폭발성을 가지고 있다.
   주로 용매, 소독제 등으로 사용된다.
       



* Procedure

① 250ml 가지달린 삼각플라스크에 10ml 고체를 포함한 불순물 에탄올을 넣는다.

② 온도계와 피펫을 이용한 공기 냉각기를 장치한다. 액화가 효과적으로 일어나게 하기 위해서 에탄올을 수집하는 시험관을 얼음 통에 넣는 것이 필수적이다.

③ 물중탕의 온도를 서서히 높이면서 40~50분간 증류되는 알코올을 긴 시험관에 수집한다.


* Result

불순물을 포함한 알코올의 양 : 10mL
증류하여 얻은 순수한 알코올의 양 : 6.9mL
수득률 : 69%


* Discussion & Feeling

1) 단순증류에 대한 고찰

단순증류장치는 혼합물 중 한 가지 성분만이 휘발성일 때 사용한다. 단순증류 장치에서 혼합물을 가열하면 휘발성이 가장 큰 성분이 먼저 증발되며, 증발된 증기는 냉각기를 거치면서 액체로 응축된다. 단순 증류의 효율은 그렇게 좋진 않지만 간단한 증류 방법으로 널리 사용된다. 이렇게 혼합물과 순물질은 끓는점의 차이가 있기 때문에 구별이 가능하다. 하지만 어떤 혼합물은 마치 순물질처럼 일정한 온도에서 끓는 현상을 보이기도 한다. 그러나 불변혼합물의 조성은 압력에 따라 달라지므로 구분할 수 있게 된다.

2) 증류의 효율을 향상시키기 위해서는?

이 실험에서 사용한 증류 장치는 초기에 사용되던 증류 장치인 레토르트와 비슷한 매우 간단한 것이다. 증류라고 하는 것은 혼합물에서 순물질을 추출하는 방법 중에서 기화와 액화를 이용하는 것이다. 따라서 기체를 다루어야 한다. 우선 기체의 누출이 발생할 수 있는 이음새 부분을 잘 밀폐해야한다. 그리고 온도계를 설치한 부분의 증기 누출도 생각해 주어야 한다.