蒸餾器的基本原理

        由于分子運(yùn)動(dòng)，液體分子有從表面溢出的趨勢。這種趨勢隨著溫度的升高而增加。如果將液體置于密閉的真空系統(tǒng)中，液體分子不斷溢出并在液體上表面形成蒸氣，最后分子從液體中逸出的速度等于分子返回的速度液體從蒸氣中分離出來，蒸氣保持一定的壓力。此時(shí)液面上的蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，稱為飽和蒸氣。該壓力稱為飽和蒸氣壓。實(shí)驗(yàn)表明，液體的飽和蒸氣壓只與溫度有關(guān)，即液體在一定溫度下具有一定的蒸氣壓。這是指液體與其蒸氣處于平衡狀態(tài)時(shí)的壓力，與系統(tǒng)中的液體與蒸氣的量無關(guān)。
        當(dāng)液體受熱時(shí)，其蒸氣壓會(huì)隨著溫度的升高而增加。當(dāng)液體的蒸氣壓增加到與外界對(duì)液體表面施加的總壓力（通常為大氣壓）相等時(shí)，大量氣泡從液體內(nèi)部逸出，即液體正在沸騰，此時(shí)的溫度稱為液體的沸點(diǎn)。顯然沸點(diǎn)與外界壓力的大小有關(guān)。一般而言，沸點(diǎn)為0.1MPa壓力下的液體沸點(diǎn)。例如，水的沸點(diǎn)是100℃，也就是說在0.1MPa的壓力下，水的沸點(diǎn)是100℃。其他壓力下的沸點(diǎn)應(yīng)標(biāo)明壓力。例如，當(dāng)水在 85.3KPa 下在 95°C 沸騰時(shí)，該水的沸點(diǎn)可以表示為 95°C/85.3KPa。
        將液體加熱至沸騰，將液體變成蒸氣，然后將蒸氣冷卻并冷凝成液體。這兩個(gè)過程的組合操作稱為蒸餾。顯然，蒸餾可以分離揮發(fā)性和非揮發(fā)性物質(zhì)，也可以分離不同沸點(diǎn)的液體混合物。但是，液體混合物中各組分的沸點(diǎn)必須相差很大（至少30°C），才能獲得更好的分離效果。在常壓下蒸餾時(shí)，由于大氣壓往往不精確到0.1MPa，嚴(yán)格來說，觀測沸點(diǎn)應(yīng)加上一個(gè)修正值，但由于偏差一般很小，即使大氣壓相差0.1MPa 2.7KPa，這個(gè)修正值不超過±1°C，所以可以忽略。
        將裝有液體的燒瓶放在石棉網(wǎng)上，然后用煤氣燈在下面加熱。在液體的底部和玻璃的加熱接觸面，會(huì)形成蒸汽泡。溶解液體中的空氣或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空氣有助于形成這種氣泡，玻璃的粗糙表面也起到了一定的作用。這種小氣泡（稱為汽化中心）可用作大蒸汽氣泡的核心。在沸點(diǎn)時(shí)，液體向小氣泡中釋放出大量蒸汽。當(dāng)氣泡的總壓力增加到超過大氣壓并足以克服液柱產(chǎn)生的壓力時(shí)，蒸汽氣泡上升并逸出液面。因此，如果液體中有許多小的空氣或其他汽化中心，則液體可以穩(wěn)定沸騰。如果液體中幾乎沒有空氣，瓶壁就非常干凈光滑，很難形成氣泡。這樣，在加熱時(shí)，液體的溫度可能會(huì)上升到沸點(diǎn)以上很多，而不會(huì)沸騰。這種現(xiàn)象稱為“過熱"。一旦形成氣泡，該溫度下液體的蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣壓和液柱壓力之和，因此上升。氣泡內(nèi)的氣泡增加得非常快，甚至將液體沖出瓶外。這種異常沸騰的現(xiàn)象稱為“冒泡"。因此，加熱前應(yīng)加入沸騰助劑，引入汽化中心，以保證沸騰穩(wěn)定。沸騰物質(zhì)一般是松散多孔的吸附空氣的物體，如碎瓷片、沸石等。另外，可以用幾根一端封閉的毛細(xì)管引入氣化中心（注意毛細(xì)管要有足夠的長度，以便上端可以放在蒸餾瓶的頸部，開口端朝下）。在任何情況下，都不要在已經(jīng)加熱到接近沸騰的液體中加入沸騰助劑，否則會(huì)因突然釋放大量蒸氣而從蒸餾瓶口噴出大量液體，造成危險(xiǎn)。如果在加熱前忘記添加助沸劑，添加時(shí)必須先將熱源移開，待加熱液體冷卻至沸點(diǎn)以下。因?yàn)橐婚_始加入的沸騰促進(jìn)劑在加熱時(shí)排出了部分空氣，冷卻時(shí)吸附了液體，所以可能已經(jīng)失效了。另外，如果浴液用于間接加熱，保持浴溫不要超過餾出物的沸點(diǎn)20oC。這種加熱方式不僅可以大大降低瓶內(nèi)餾出液各部分之間的溫差，而且使汽泡不僅從燒瓶底部上升，而且沿液體邊緣上升，從而大大減少過熱的可能性。\n純液體有機(jī)化合物在一定壓力下具有一定的沸點(diǎn)，但具有固定沸點(diǎn)的液體不一定是純化合物，因?yàn)橛行┯袡C(jī)化合物往往與其他組分形成二元或三元共沸混合物，它們也有一定的沸點(diǎn)。不純物質(zhì)的沸點(diǎn)取決于雜質(zhì)的物理性質(zhì)及其與純物質(zhì)的相互作用。如果雜質(zhì)不揮發(fā)，溶液的沸點(diǎn)略高于純物質(zhì)的沸點(diǎn)（但蒸餾事實(shí)上，實(shí)際測量的不是不純?nèi)芤旱姆悬c(diǎn)，而是逸出的蒸氣與其冷凝平衡時(shí)的溫度，即餾出物的沸點(diǎn)而不是瓶中餾出物的沸點(diǎn)）。如果雜質(zhì)是揮發(fā)性的，那么在蒸餾過程中液體的沸點(diǎn)會(huì)逐漸升高或因?yàn)閮煞N或多種物質(zhì)形成共沸混合物，在蒸餾過程中溫度可以保持不變并保持在一定范圍內(nèi)。因此，沸點(diǎn)恒定并不意味著它是純化合物。
        蒸餾大沸點(diǎn)混合液體時(shí)，低沸點(diǎn)的先蒸，高沸點(diǎn)的后蒸，不揮發(fā)的留在蒸餾器中。這樣，分離和純化的目的。因此，蒸餾是分離和純化液體化合物的常用方法之一。這是一項(xiàng)重要的基本操作，必須掌握。但是，在蒸餾沸點(diǎn)比較接近的混合物時(shí)，各種物質(zhì)的蒸氣會(huì)同時(shí)被蒸出，但是低沸點(diǎn)的比較多，所以很難達(dá)到分離提純的目的，所以我們不得不求助于分餾。蒸餾過程中純液體化合物的沸程很小（0.5~1℃）。因此，蒸餾可用于確定沸點(diǎn)。使用蒸餾法測定沸點(diǎn)的方法是常數(shù)法。該方法進(jìn)樣量大，超過10 mL。如果樣品不多，應(yīng)采用微量法。
        蒸餾操作是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，一般用于以下幾個(gè)方面： (1)分離液體混合物，只有當(dāng)混合物中各組分的沸點(diǎn)相差較大時(shí)，才能達(dá)到更有效分離； (2)測定純化合物的沸點(diǎn)； (3)提純、蒸餾含有少量雜質(zhì)的物質(zhì)，以提高其純度； (4) 回收溶劑，或蒸發(fā)部分溶劑以濃縮溶液。