蒸留について

質問

この前学校で蒸留の実験をしたのですが、シクロヘキサンとトルエンの混合物を蒸留したときに最初の数滴が濁ったのはどうしてでしょうか？自分なりに調べたのですがわかりませんでした。どうか教えてください。後、友達から聞かれたのですが、水が沸騰してもすべての液体が一度に気体にならないのは、どうしてでしょうか？

回答No.2

easylife · ベストアンサー

tomochika-tさん、こんにちは。

1.蒸留について

本来は無色透明であるはずの液体が、濁っていたり何色かの色が付いていたりするのは、不純物が混じっているからですね。

シクロヘキサンやトルエンは極性が比較的低く、水とは混じりにくい（溶けにくい）です。
しかしある程度なら溶けます。
色が濁ったというのは、溶媒に溶けきらない水（留出液を受ける容器内に付着していたもの）のせいであった可能性が高そうです。
留出してたまる溶媒の量が増えてくれば、その少量の水が溶媒の中に溶けて見えなくなるでしょう。

2.沸騰について

液体の水を加熱すると、100℃で沸騰して（ただし1 atmの場合）、気体の水（水蒸気）になりますね。
逆に、気体の水がゆっくり冷えていくと、多分100℃で液体の水になるんじゃないでしょうか。
では、100℃における水という物質は、本当は液体でしょうか、それとも気体でしょうか？

答えは、「液体と気体が共存する（できる）状態」です。
では、水が液体であるか気体であるかの違いは、温度以外にどんな原因から生じるのでしょうか？

それは、no.1さんのおっしゃっているように、エネルギーです。
100℃よりも温度の低い水を火にかけたりして加熱すると、温度が上がっていきます。
これは、火によってエネルギー（熱エネルギーという言い方もします。）が水に与えられ、そのエネルギー（の大部分）が「温度の上昇」に使われているからです。
しかし、100℃に到達すると、水は液体から気体に変化しなければなりません。
それは、100℃を超えると、大気圧の大きさとの関係で、水分子が液体として束縛されきれなくなってしまうからです。

分子が液体の状態から気体になるには、それだけでエネルギーを必要とします。
つまり、100℃に到達すると、エネルギーが「液体から気体への状態変化」に使われ、直ちに温度は変化しなくなる、というわけです。

全く同様のことは、液体の水と固体の水（氷）の間でも起こります。
つまり、0℃の氷を少し加熱すると0℃の水になるし、逆に0℃の水が放熱すると0℃の氷になるのです。

お礼

本当にみなさんありがとうございました。大変よくわかりました。詳しい説明ありがとうございます。

回答No.1

takenobupapa

レポートの答えに関するものだったら質問者様のためにならないので、ヒントだけ。
これはあくまで可能性ですが、シクロヘキサンとトルエンの蒸留の最初に滴が濁ったとしたら、その二つの液体にたくさんは混ざらないが、ごく微量混ざってしまう、そこらにある液体とは何だと思いますか。ただし本当に原因を知るためには蒸留したのと同じ混合液を分析してみないとわかりません。
水が一気に気体にならないのは火にかけたやかんのお湯が水からいきなり沸騰しないのと同じ理由です。要は必要なエネルギーの量です。

お礼

忙しい中わざわざありがとうございました。