共沸 一定の沸点を持つ2つ以上の液体の混合物です。蒸気の組成と液体の組成は同一であるため、混合物の成分は単純な蒸留では分離できません。共沸混合物を形成する混合比率は、共沸組成物と呼ばれます。 .液体が (所定の圧力で) 沸騰する温度は、共沸温度です。 .共沸温度は、混合成分の沸点より高くても低くてもかまいません。
化学者のジョン・ウェイドとリチャード・ウィリアム・メリマンは、エタノールと水の混合物の挙動を記述した 1911 年の論文で「共沸混合物」という言葉を作り出しました。この用語は、ギリシア語の「沸騰」と「回転」に由来し、接頭辞 a- (いいえ) が付き、「沸騰しても変わらない」という意味です。対照的に、ゼオトロープ 異なる沸点を持ち、蒸留によって分離できる液体の混合物です。
共沸混合物は、一定の温度で沸騰し、液相と気相で同じ組成を持つ混合物です。
共沸混合物の種類
共沸混合物は、成分の数、均一か不均一か、沸点が成分の沸点よりも高いか低いかによって分類されます。
- 二元および三元共沸混合物 :二元共沸 2つの成分からなる共沸混合物です。 三元共沸 3つのコンポーネントで構成されています。 3 つ以上の成分からなる共沸混合物もあります。
- 均一および不均一な共沸混合物 :均質共沸 混和性の液体で構成されています。エタノールと水は均質な共沸混合物を形成します。 不均一な共沸混合物 2 つの相に分離する不混和性の液体で構成されます。クロロホルムと水は不均一な共沸混合物を形成します。上層はほとんどが水で、少量のクロロホルムが溶解していますが、下層はほとんどがクロロホルムで、少量の水が溶解しています。 2 つの層を一緒に沸騰させると、液体の比率に関係なく、生成される蒸気は 97% のクロロホルムと 3% の水で構成されます。
- 正および負の共沸混合物 :正の共沸 または最低沸点共沸 成分よりも沸点が低い。たとえば、エタノールと水の共沸混合物 (約 96% のエタノールと 4% の水) は 78.174 °C で沸騰しますが、純粋なエタノールは 78.3 °C で沸騰し、純水は 100 °C で沸騰します。 負の共沸 または最大沸点共沸 成分より沸点が高い。塩化水素と水は負の共沸混合物を形成します。共沸混合物は 110 °C で沸騰しますが、水は 100 °C で沸騰し、HCl は -85 °C で沸騰します。
100% エタノールを蒸留できない理由
たとえば、エタノール (穀物アルコール) と水の混合物を蒸留して純粋なアルコールを得ることはできません。これは、2 つの化合物が共沸混合物を形成するためです。あなたが得ることができる最高のものは、約 95.6% のエタノールです.
水にアルコールを含む混合物から始めるとしましょう。蒸留して蒸気を集め、液体として凝縮すると、アルコールが豊富な混合物になります。エタノール 95.6% と水 0.4% の混合物になるまで、このプロセスを繰り返すことができます。次に、共沸混合物の蒸気がその液体組成と同一であるため、壁にぶつかります。基本的に、共沸混合物は純粋な液体であるかのように沸騰します。
共沸の使用
共沸混合物の用途の 1 つは、共沸混合物をより簡単に分離することです。たとえば、酢酸と水は共沸混合物を形成します。しかし、酢酸の沸点 (118.1 °C) は水の沸点に近すぎて、効果的に蒸留することはできません。酢酸エチルを加えると、共沸沸点が 70.4 °C の水と共沸混合物が形成されます。酢酸エチルは共留剤として作用するため、水と酢酸エチルが沸騰して蒸発し、ほぼ純粋な酢酸が残ります。
共沸混合物は、検出器やガスクロマトグラフをテストするための標準としても使用されます。
共沸混合物の分離方法
単蒸留では共沸混合物の成分を分離することはできませんが、成分を分離するために使用される他の方法があります.
- 圧力スイング蒸留では、圧力の変化を利用して混合物の組成を変化させ、留出物を目的の成分で濃縮します。
- エントレーナーは、共沸成分の 1 つの揮発性を変化させます。エントレーナーが成分と反応して、不揮発性化合物を形成することがあります。エントレーナーを使用した蒸留は、共沸蒸留と呼ばれます。
- パーベーパレーションでは、ある成分に対して他の成分よりも透過性の高い膜を使用して成分を分離します。蒸気透過は、ある成分の蒸気相に対して別の成分よりも透過性の高い膜を使用する関連技術です。
参考文献
- モリソン、ロバート ソーントン。ボイド、ロバート・ニールソン（1972）。 有機化学 (第 2 版)。アリンとベーコン。
- ペトルッチ、ハーウッド。ニシン、マドゥラ (2007)。 一般化学:原理と最新の応用 （第9版）。ニュージャージー州アッパー サドル リバー:Pearson Education, Inc.
- ルソー、ロナルド W.;ジェームズ・R・フェア（1987）。 分離プロセス技術ハンドブック . Wiley-IEEE。 ISBN 978-0-471-89558-9.
- ウェイド、ジョン。メリマン、リチャード・ウィリアム (1911)。 「CIV.—大気圧より上および下の圧力でのエチルアルコールの沸点に対する水の影響」。 Journal of the Chemical Society、Transactions 99:997–1011. doi:10.1039/CT9119900997
