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귀중한 천연 물질은 종종 바람직하고 바람직하지 않은 성분을 모두 함유하는 혼합물로 발생합니다. 예를 들어, 원유에는 다양한 연료 용도에 적합한 다양한 유형의 탄화수소가 포함되며, 해수에는 염분 함량이 높고 철광석에는 사용 가능한 철 외에 미네랄 불순물이 포함되어 있습니다. 수세기 동안 사람들은 천연 재료를 정제하거나 정화하는 수많은 방법을 개발했습니다. 간단한 증류 및 분별 증류는 액체의 다른 성분을 분리하기위한 기본 기술의 두 가지 변형입니다.
증기 및 증발
단순 증류와 분수 증류를 이해하려면 온도와 증발의 관계가 필수적입니다. 액체가 열린 용기에있을 때, 대기는 액체 표면에 하향 압력을가한다. 이 대기압은 액체의 증기압에 대항하며, 이는 액체의 표면에서 증발하는 분자의 운동 에너지에 의해 생성됩니다. 액체의 온도가 증가함에 따라 평균 분자 운동 에너지도 증가합니다. 더 많은 분자가 증발하여 증기압이 높아집니다. 액체는 증기압이 대기압과 같은 온도에 도달하기 때문에 분자가 자유롭게 증발 할 수있을 때 비등이 발생합니다.
간단한 분리
상이한 화합물은 상이한 비등 온도를 갖는다. 유사하게, 임의의 주어진 온도에서, 상이한 화합물은 상이한 증기압을 가질 것이다. 상이한 화합물의 액체 혼합물이 밀폐 된 용기에서 가열되면, 액체 위에 갇힌 증기의 조성은 이러한 차이를 반영 할 것이다. 증기는 증기압이 높은 화합물 분자가 많고 증기압이 낮은 화합물 분자가 더 적습니다. 혼합물 내의 다른 화합물에 비해 매우 높은 비등 온도를 갖는 화합물은 증기에서 거의 부재 할 것이고, 염과 같은 비 휘발성 용해 된 고체는 가열 된 용기에 침전물로서 남을 것이다. 간단한 증류는이 증기를 수집하고 냉각시켜 액체로 다시 응축되도록하는 과정입니다. 응축 된 액체는 증기압이 높은 화합물을 더 많이 함유하고 원액은 증기압이 낮은 화합물을 더 많이 포함하기 때문에 간단한 증류는 액체 혼합물의 성분을 분리합니다.
증류 딜레마
한 번의 간단한 증류로 두 개의 최종 액체에서 화합물의 비율이 바뀌지 만 완전히 분리되지는 않습니다. 공정은 반복적으로 더 높은 분리도를 달성하기 위해 반복 될 수 있지만, 각각의 증류 과정 동안 일부 분자가 대기로 빠져 나가고 일부는 증류 장비에서 잔류 물로 남아 있기 때문에 이는 낭비이다. 분별 증류는 이러한 딜레마를 해결합니다. 한 번의 증류 절차만으로도 높은 분리도를 달성함으로써 단순한 증류를 개선합니다.
하나의 컬럼, 다중 증발
분별 증류와 단순 증류의 주요 차이점은 가열 용기와 증기가 응축되는 장소 사이에 분별 컬럼을 추가하는 것입니다. 이 컬럼은 얇은 금속 와이어 또는 유리 비드와 같은 재료로 채워져 표면적이 크기 때문에 응축을 촉진합니다. 증기가 분류 컬럼을 통해 상승함에 따라 증기는 이러한 물질의 더 차가운 표면에서 액체로 응축됩니다. 뜨거운 증기가 아래에서 상승하면이 액체가 증발 한 다음 다시 응축되고 다시 증발합니다. 각각의 증발은 증기압이 높은 분자의 비율이 높은 증기를 생성합니다. 따라서, 분별 증류는 한 공정이 여러 번의 단순한 증류와 동일하기 때문에 적은 물질 손실로 우수한 분리를 달성합니다.