알코올 증류
● 실험날짜: 2010. 12. 1. 수
● 실험목적: 알코올과 물의 끓는점 차를 이용해 증류과정을 통해 에탄올을 정제한다.
● 실험원리
* 알코올 농도
- 우리나라에서 규정하고 있는 알코올 농도는, 온도 15℃에서 에탄올과 물의 혼합용액 중의 에탄올을 용량백분율(v/v%)
* 에탄올
- 각종 알코올음료 속에 함유되어 있어 주정(酒精)이라고도 하고, 또는 에틸알코올이라고도 한다. 보통 알코올이라고 하면 이 에탄올을 가리킨다.
에탄올의 끓는점은 78℃이다.
* 증류액
① 초유 : 비점 이하의 물질 (이 실험에서는 에탄올보다 비점이 낮아 먼저 기화되어 나오는 물질)
② 주유 : 목적물질 (에탄올)
③ 후유 : 비점 이상의 물질 (비점이 높아 에탄올을 다 얻은 뒤에 기화되는 물질로 H2O)
* 물과 에탄올 혼합물의 증류
- 에탄올과 물 혼합물에서는 에탄올이 원래 비점인 78℃보다 높은 온도에서 증류되는데,
그 이유는 에탄올과 물이 서로 수소결합을 형성해 비점이 높은 물이 기화되는걸 저지하기 때문이다.
- 증류가 시작되면 시간이 지날수록 비점이 상승한다. 혼합물에서 에탄올의 함량이 줄어 물의 비점에 가까워지기 때문.
* 증류장치
둥근플라스크에 담긴 액체는 끓는점에 도달하면 기화되고, 기화된 물질은 이동하여 리비히냉각기 속의 관을 지난다. 이때 관을 감싸고 있는 리비히냉각기 바깥쪽 관에는 지속적으로 차갑게 흐르는 물을 공급한다. 기화된 물질은 리비히냉각기를 이동하면서 유리관 벽을 사이에 두고 흐르는 물과 만나게되고, 기체의 온도는 급격히 떨어져 다시 액화가 일어나 관을 따라 플라스크 안으로 들어가게 된다.
→ 주의 : 리비히냉각관은 기화된 기체가 지나가는 얇은 관과 바깥에 냉각수가 지나는 관이 감싸고 있다. 두 관은 유리벽으로 분리되어 섞이지않는다.
* 리비히냉각기에 물을 넣는 방향
위쪽에서 물을 넣어 아래로 흐르게 하면 물은 냉각기를 꽉 채우기도 전에 이미 아래쪽으로 다 흘러내려가게 된다. 따라서 기체를 효과적으로 냉각시키지 못한다. 반대로, 아래쪽에서 위쪽으로 물이 흐르게 하면 아래쪽부터 물이 채워지기 시작해 위쪽까지 물이 꽉 차면 비로소 바깥으로 빠져나가게 되어 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
● 실험기구 및 시약
- 기구 : 증류장치(삼각플라스크, 둥근플라스크, 리비히냉각관, 어댑터), 삼발이, 알코올램프, 온도계, 스탠드
- 시약 : 증류수, 에탄올
● 실험방법
① 둥근플라스크에 에탄올 40ml, 증류수 60ml 를 넣는다.
② 아래 사진과 같이 실험기구를 설치한다.
→ 주의 : 온도계는 가지가 갈라지는 부분에 위치하게해야 정확히 기체의 온도를 측정할 수 있다.
사진을보면 둥근플라스크가 기울어졌는데 리비히냉각기를 고정하는 스탠드를 더 아래쪽으로 옮겨야 곧게 보정할수 있다.
③ 삼각플라스크에 액화된 에탄올이 떨어지기 시작하는 온도를 기록한다.
④ 온도는 99℃정도까지 하고, 증류된 에탄올의 부피를 측정한다.
● 실험결과 및 고찰
- 에탄올이 기화된 후 응축된 온도 : 79℃
→ 에탄올의 비등곡선과 응축곡선을 보면, 40%의 에탄올의 비등점은 83℃이고 100% 에탄올의 비등점은 78℃으로 범위내에서 기화가 잘 일어났다.
- 증류된 에탄올의 부피 : 42ml
→ 79℃에서 에탄올의 농도는 90%이다. 따라서 증류된 에탄올의 농도는 90%로 37.8ml의 에탄올이 있다고 볼 수 있다.
● 참고문헌
- 네이버 백과사전
- 엔싸이버 백과검색