본문내용
1. 증류 기술의 역사와 원리
1.1. 증류의 정의 및 용도
증류는 끓는점의 차이를 이용하여 액체 혼합물을 분리하는 방법이다. 이는 상대휘발도의 차이를 이용하여 이루어지는데, 두 혼합물의 화학 반응 없이 물리적인 분리가 이루어진다. 증류는 다양한 산업 분야에서 널리 활용되는 기술로, 석유를 증류하여 휘발유, 경유, 등유 등의 연료를 분리하거나, 공기를 증류하여 아르곤과 같은 특수 기체를 얻는 데 사용된다. 고대 메소포타미아와 파키스탄에서 이미 증류 기술이 사용되었으며, 중세 이슬람 화학자들에 의해 더욱 발전하였다. 중세 유럽에도 전파되어 15세기 독일의 연금술사 브라운쉬바이그가 증류 기술에 관한 저서를 출판하는 등 발전을 거듭해왔다. 증류 기술의 발전은 증류주 생산을 촉진시켰으며, 스카치 위스키, 코냑, 데킬라, 보드카와 같은 증류주 생산에 활용되고 있다. 이처럼 증류는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 중요한 화학 기술이다."
1.2. 단순 증류와 분별 증류의 차이
단순 증류와 분별 증류의 차이는 다음과 같다.
단순 증류는 상대휘발도의 차이를 이용하여 액체 상태의 혼합물을 분리하는 방법이다. 두 혼합물의 화학 반응 없이 물리적인 분리가 이루어지는 경우를 말한다. 단순 증류는 석유를 증류하여 휘발유, 경유, 등유와 같은 여러 종류의 연료로 분리하는 데에서부터, 공기를 증류하여 아르곤과 같은 특수한 기체를 얻는 데 이르기까지 광범위하게 사용된다.
분별 증류는 서로 잘 섞여 있는 액체혼합물을 끓는점 차이를 이용해 분리하는 방법이다. 두 액체의 온도변화에 따른 그래프를 사용하여 상전이 구간을 찾아내어 분리한다. 분별 증류는 원유의 분리에 주로 쓰인다. 물과 에탄올을 분별증류로 분리하는 경우, 순수한 물은 100℃에서 끓고 에탄올은 78.4℃에서 끓는다. 물과 에탄올을 증류장치에 넣고 가열하면 에탄올이 먼저 끓어 나오고, 물은 더 가열한 후 온도가 100℃가 되었을 때 끓어 나오기 시작한다.
즉, 단순 증류는 혼합물의 성분들을 순차적으로 분리하는 반면, 분별 증류는 서로 잘 섞이는 두 액체의 끓는점 차이를 이용하여 동시에 분리하는 방법이다. 단순 증류는 비교적 간단한 방법이지만 분별 증류는 보다 복잡한 장치와 정밀한 온도 조절이 필요하다.
1.3. 끓는점과 상전이 그래프
액체가 표면과 내부에서 기포가 발생하면서 끓기 시작하는 온도를 끓는점이라고 한다. 끓는점은 액체의 증기압이 외부 압력과 같아지는 온도이므로 외부 압력에 따라 변화한다. 외부 압력이 높을수록 끓는점은 높아지고, 외부 압력이 낮을수록 끓는점이 낮아진다.
예를 들어 물의 경우 1기압 하에서 끓는점이 100℃이지만, 에베레스트산 정상에서의 대기압은 약 250mmHg로 낮기 때문에 물의 끓는점이 71℃로 낮아진다.
액체의 끓는점과 상전이 그래프를 살펴보면, 액체가 기체로 상전이되는 구간에서 온도가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이는 액체에 흡수된 열이 모두 액체 분자 간의 인력을 끊고 기체로 상태 변화가 일어나는데 사용되기 때문이다.
순수한 물질의 상전이 그래프에서는 상이 바뀌는 구간에서 온도 변화가 없지만, 2성분계 물질의 경우 약간의 온도 변화가 존재한다. 이는 끓는점 차이로 인해 서로 다른 상들이 기화되는 과정에서 온도 변화가 나타나기 때문이다.
이러한 끓는점과 상전이 그래프의 차이를 이용하여 분별증류 과정을 통해 서로 다른 성분을 분리할 수 있다. 이는 액체 혼합물의 상대 휘발도 차이를 이용하여 서로 다른 성분을 단계적으로 분리하는 방법이다.
1.4. 수증기 증류법의 원리
수증기 증류법의 원리는 끓는점이 높고 물에 거의 녹지 않는 유기화합물에 수증기를 불어넣어, 그 물질의 끓는점보다 낮은 온도에서 수증기와 함께 유출되어 나오는 물질의 증기를 냉각하여 물과의 혼합물로서 응축시키고 그것을 분리시키는 증류법이다.
수증기를 불어넣는 대신 물을 가하고 가열할 수도 있다. 물과 기름처럼 서로 섞이지 않는 것의 혼합물을 가열하면, 각 물질은 단독으로 가열되었을 때와 같은 증기압을 보이므로, 수증기와 물질의 증기압의 합이 대기압과 같아지면 유출하므로, 그 물질의 끓는점보다 낮은 온도에서 물과 함께 유출시킬 수가 있다.
보통의 증류법으로는 분해할 염려가 있는 유기물이나, 끓는점보다 저온이라도 상당히 높은 증기압을 갖는 유기화합물 등의 분리·정제에 수증기 증류법이 이용된다. 특히 유류와 같이 응축 후에 두 액층으로 분리하는 것 등에 편리하다."
2. 메탄올의 정의와 특성
2.1. 메탄올의 화학적 특성
메탄올의 화학적 특성은 다음과 같다.
메탄올(CH3OH)은 가장 간단한 알코올로, 무색의 가연성 액체이다. 끓는점이 64.7℃로 낮아 휘발성이 크며, 공기 중에서 폭발의 위험성이 있다. 또한 메탄올은 아세톤, 에테르, 벤젠 등 유기 용매에 잘 섞이지만 물과는 섞이지 않는 특성을 가지고 있다.
메탄올은 탄소와 수소, 산소로 이루어진 화합물로 화학식은 CH3OH이다. 메탄올은 물 분자와 비슷한 크기를 가지고 있어 물과 수소 결합을 형성할 수 있다. 이로 인해 메탄올은 물과 유사한 성질을 나타낸다. 예를 들어 물과 마찬가지로 극성 분자이며, 비교적 높은 유전율과 표면장력을 가지고 있다.
메탄올은 또한 독성이 강한 특성을 지니고 있다. 메탄올은 체내에서 대사 과정을 거치면서 포름알데히드와 포르민산으로 산화되어 시각 신경을 손상시키고 사망에 이를 수 있다. 따라서 메탄올의 취급 및 사용 시 주의가 필요하다.
2.2. 메탄올의 용도 및 중요성
메탄올은 다양한 용도로 사용되는 중요한 화합물이다. 메탄올은 유기 합성 재료, 용제, 세척제, 연료, 에탄올의 변성용으로 사용된다.
메탄올은 석유화학 산업에서 매우 중요한 화학 원료로 활용된다. 메탄올은 포름알데히드, 아세트산, 디메틸 에테르 등의 제조에 사용되며, 이들은 다양한 화학 제품의 원료로 쓰인다. 메탄올은 또한 고분자 화합물인 아세틸 셀룰로오스와 폴리아세테이트 수지 등의 제조에 사용된다. 이러한 폴리머들은 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다.
뿐만 아니라 메탄올은...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13