화학공학소재연구정보센터
  • 분별증류 고등학생 질문드려요.
  •  drysun6  (2019/08/01)추천0   조회수479
  • 제가 친구들 앞에서 과학지문을 발표하는 프로젝트를 진행했는데요~ 탄화수소의 공비혼합물 증류를 다루는 내용이었습니다. 

    지문을 첨부하겠습니다.

    < 공비 혼합물을 만드는 성분의 혼합물은 보통 증류법으로는 순수한 성분으로 분리시킬 수 없으므로, 제3의 성분을 첨가하여 새로운 공비 혼합물을 만든다. 이때, 새로운 공비 혼합물의 끓는점이 원 용액의 끓는점보다 충분히 낮아지도록 한 다음 증류함으로써 증류 잔류물이 순수한 성분이 되게 하는 것이 공비 증류다. 예를 들면, 1기압에서 수분을 함유하는 에탄올은 공비 혼합물을 만드는데, 단순한 증류로는 공비 혼합물에 상당하는 에탄올 밖에 얻지 못한다. 그러나 벤젠을 첨가하여 제3의 공비 혼합물을 만드는데, 단순한 증류로는 공비 혼합물에 상당하는 에탄올 밖에 얻지 못한다. 그러나 벤젠을 첨가하여 제 3의 공비 혼합물을 만들어 수분을 제거하면 순수한 에탄올을 얻을 수가 있다. 벤젠은 물과 친화력이 매우 작아 거의 용해되지 않는 반면 에탄올과의 친화력이 매우 크므로, 물을 함유하고 있는 벤젠을 첨가하면 에탄올의 증기압이 상당히 감소하여 증기 속에는 수증기의 함량이 증가한다. 그러므로 이것을 증류하면 수분은 휘발되고 순수한 에탄올만 남게 된다. 공비 증류는 순수 탄올을 만들기 위해 벤젠을 첨가해서 한 것이 시초라고 전해지고 있는데, 현재는 석유화학과 그 밖의 방면에 널리 쓰이고 있다. >

    -수능특강 과학 08지문

     

    제가 이 지문을 읽으면서 의문이 들었던 점은 3가지 였는데요,

    1. 먼저 벤젠 물과 친화력이 작아 거의 용해되지 않는다고 했는데, '물을 함유하고 있는 벤젠을 첨가한다'는 말이 어떤 의미인지 궁금합니다.

    2.  그리고 벤젠을 첨가하여 순수한 에탄올을 얻을 수 있다고 했는데, 수증기가 먼저 휘발되면 벤젠과 에탄올이 함께 존재하는 것 아닌가요? 그렇다면 벤젠과 에탄올을 분리시키는 방법은 무엇인가요? 저는 벤젠과 에탄올의 끓는점을 이용해 분별증류 시키면 분리할 수 있을 것이라고 생각했지만 이 둘의 끓는 점은 약 2도 정도밖에 차이가 나지 않습니다. 약 2도의 온도차이로 분별증류가 가능한가요? 불가능 하다면 그럼 벤젠과 에탄올을 분리시켜 순수한 에탄올을 얻을 수 있는 방법은 무엇인가요?

    3. '이때, 새로운 공비 혼합물의 끓는점이 원 용액의 끓는점보다 충분히 낮아지도록 한 다음 증류함으로써' 왜 원용액의 끓는점점보다 낮아지나요?

     

    아는선으로 최대한 답변 부탁드립니다ㅠㅠ

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전체덧글1 
 ㅇㅇ (2019-09-29 17:54:18)+덧글답변   공감0   비공감0   음... 두달 정도 지났지만 답변이 없나보네요...
지나가는 학부생이지만...
제가 아는 선에서 답변드리겠습니다.

1. '~거의 용해되지 않는다.'라는 표현은 '용해가 되지 않는다.'라는 표현은 아닙니다.
말부터가 용해가 될 여지를 남겨놓은 것이죠.

2. 맞습니다. 혼합물의 물을 제거한 후에는 벤젠과 에탄올을 분리시켜야 하겠죠.
벤젠의 경우 회수하여 다시 에탄올과 물의 혼합물의 분리에 이용해야 하니까요.
허나 말씀해주신 끓는점은 상압 기준의 값이 아닐까 싶습니다.
또한 혼합물의 경우 각 물질 간의 상호작용에 의해 변동되기도 하구요.
따라서 이 온도차를 크게 해 주기 위해 압력변환을 적용한 분리공정에 들어갑니다.
그러면 분리된 혼합물 간의 순도를 높여줄 수 있겠죠.

3. 문맥상 이 부분은 공비혼합물의 최저 끓는점에 해당하는 물의 끓는점을 말하는 것 이겠죠.
지문에 친화력이라는 개념으로 좀 설명된 듯 한데 우리가 일반적으로 보게 되는 공비혼합물은 거시적, 그러니까 육안으로는 용기에 담긴 액체로 보이겠지만 내부적으로는 물질의 구성성분의 최소단위인 분자들이 서로 상호작용하며 존재하게 됩니다.
이때 물과 에탄올만 존재할 경우 둘의 인력이 높게 작용하지만 벤젠을 넣게 되면 에탄올과 벤젠의 인력이 높기 때문에 이 두 물질에 대해 물의 상호작용은 반발력이 작용하게 되고, 그 결과 혼합물에서 빠져나가기 더 쉬워지는 척도인 끓는점으로 반영되는 것이죠.

적절한 설명이 되었을지, 완벽한 설명이 되었을지는 모르겠지만 이렇게만 간단히 설명드리겠습니다...
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