一种物质的挥发性,是表示在一定温度和压力下气化的难易程度。液体的挥发性和其沸点高低有关。液体沸点低就容易挥发,或者说它的挥发度大。沸点高的难挥发,就是说它的挥发度小。
在化学工业中,利用液体混合物中各组份挥发度的不同分离为纯组份的方法,叫蒸馏。主要用于精制物质和分离液体混合物。在分析化验中也经常用到。
蒸馏的原理主要是利用组成液体混合物的各组份,在相同的温度下蒸气压是不相同的,也就是各组份在相同的温度下挥发度是不同的。因此将液体混合物加热至沸腾后,在蒸气中容易挥发的组份含量较多,在剩余的液体混合物中,难挥发的组份较多。此时如将蒸气冷凝,再将冷凝液加热气化,将蒸气再行冷凝,如此重复操作可将混合物分离为纯组份。蒸馏和蒸发是有本质区别的,进行蒸发的溶液,系由易挥发的溶剂和不挥发的溶质组成的,经蒸发后除去一部分溶剂而使溶液浓度增加或有结晶产品析出;进行蒸馏的溶液,溶剂和溶质均具有挥发性,在蒸馏过程中两者同时变成蒸气,只是在蒸气中含量不同,蒸馏可全部或部分地分离为纯组份。但两者均可达到提纯物质的目的。
蒸馏的方法很多,下面分别予以介绍。
当被蒸馏的物质受热后不发生分解或在沸点不太高的情况下,可在常压进行蒸馏。常压蒸馏的装置比较简单,如图4-22所示。
加热方法要根据被蒸馏物质的特性和沸点来确定,如果沸点不高于900℃可用水浴;如果超过90℃,则可改为油浴、沙浴、盐浴、石棉浴;如果被蒸馏物质不易爆炸或燃烧,可用电炉或酒精灯直火加热,最好要垫以石棉网,使受热均匀而且安全。如果是有机溶剂,则要用水浴,并要特别小心防火。
当被蒸馏物质的沸点高于150℃时,可以用空气冷凝管(单层玻璃管式)代替冷水冷凝器。凝固点高的物质,蒸馏瓶的支管可选用粗一些和长一些的。
当常压蒸馏容易使蒸馏物质分解,或其沸点太高时,可以采用减压蒸馏或真空蒸馏。减压或真空蒸馏的装置比较复杂,而且要求仪器之间封闭得好。最好接连管口是磨口的,必须用橡皮管接连时,皮管要用硬质的,以免抽气时被大气压扁,一般装置方法如图4-23所示。
真空蒸馏的克莱森瓶的正口上要插上一支几乎接触瓶底的毛细管。加热浴器要根据被蒸馏物质的性质及沸点适当选择。
由实验证明,当两种或两种以上互不相溶的液体混合物的蒸汽压总和等于外界大气压时,也会发生沸腾现象。但这个沸点比任何一种液体单独存在时的沸点要低的多。比如,水和松节油的混合液体,其沸点只有96℃,而水单独存在时的沸点为100℃,松节油单独存在时的沸点为152℃。这样,我们就可以利用这个特性将沸点高的物质,或将在加热时易被分解的物质加以某种与其互不相溶的另一种液体混合一起进行蒸馏,可以在低沸点的情况下达到提纯的目的。当然,蒸馏出来的混合物还需再利用其互不相溶的特性分层后用分液漏斗分开。最常用的一种液体是水,和另外与水互不相溶的液体一起蒸馏,这种蒸馏的方法就称为水蒸汽蒸馏。水蒸汽蒸馏是用水蒸汽来加热混合液体的。装置及方法如图4-24所示。
当加热蒸馏时,应将蒸汽发生瓶和蒸馏瓶先不连接(蒸馏瓶与冷凝器等要连接好)。分别都加热至近沸,再用三通管将蒸汽发生瓶和蒸馏瓶连接好,并关闭上口A夹,打开B夹和C夹,开始蒸汽蒸馏。这样不致因蒸汽发生瓶中产生的蒸汽遇到蒸馏瓶中的冷溶液凝结出大量的水增加体积,致使延长蒸馏时间。蒸汽发生瓶和蒸馏瓶中均要投放陶瓷片或毛细管,或经洗净的小砖块,以防止飞溅现象。在蒸馏结束后,应先打开三通管的上口A夹,关闭B夹,使蒸汽从A口出来,再依次撤去电炉,小心拆下蒸汽发生瓶,撤去酒精灯,拆去其它装置。如果先撤了电炉和酒精灯会发生倒逆现象,以至将接受瓶中的新蒸馏出的液体全部抽回去,甚至抽到蒸汽发生瓶里去。那就前功尽弃了。
最后,将新蒸馏出的混合液分层分离。