蒸馏器的基本原理

        由于分子运动，液体分子有从表面溢出的趋势。这种趋势随着温度的升高而增加。如果将液体置于密闭的真空系统中，液体分子不断溢出并在液体上表面形成蒸气，最后分子从液体中逸出的速度等于分子返回的速度液体从蒸气中分离出来，蒸气保持一定的压力。此时液面上的蒸气达到饱和状态，称为饱和蒸气。该压力称为饱和蒸气压。实验表明，液体的饱和蒸气压只与温度有关，即液体在一定温度下具有一定的蒸气压。这是指液体与其蒸气处于平衡状态时的压力，与系统中的液体与蒸气的量无关。
        当液体受热时，其蒸气压会随着温度的升高而增加。当液体的蒸气压增加到与外界对液体表面施加的总压力（通常为大气压）相等时，大量气泡从液体内部逸出，即液体正在沸腾，此时的温度称为液体的沸点。显然沸点与外界压力的大小有关。一般而言，沸点为0.1MPa压力下的液体沸点。例如，水的沸点是100℃，也就是说在0.1MPa的压力下，水的沸点是100℃。其他压力下的沸点应标明压力。例如，当水在 85.3KPa 下在 95°C 沸腾时，该水的沸点可以表示为 95°C/85.3KPa。
        将液体加热至沸腾，将液体变成蒸气，然后将蒸气冷却并冷凝成液体。这两个过程的组合操作称为蒸馏。显然，蒸馏可以分离挥发性和非挥发性物质，也可以分离不同沸点的液体混合物。但是，液体混合物中各组分的沸点必须相差很大（至少30°C），才能获得更好的分离效果。在常压下蒸馏时，由于大气压往往不精确到0.1MPa，严格来说，观测沸点应加上一个修正值，但由于偏差一般很小，即使大气压相差0.1MPa 2.7KPa，这个修正值不超过±1°C，所以可以忽略。
        将装有液体的烧瓶放在石棉网上，然后用煤气灯在下面加热。在液体的底部和玻璃的加热接触面，会形成蒸汽泡。溶解液体中的空气或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空气有助于形成这种气泡，玻璃的粗糙表面也起到了一定的作用。这种小气泡（称为汽化中心）可用作大蒸汽气泡的核心。在沸点时，液体向小气泡中释放出大量蒸汽。当气泡的总压力增加到超过大气压并足以克服液柱产生的压力时，蒸汽气泡上升并逸出液面。因此，如果液体中有许多小的空气或其他汽化中心，则液体可以稳定沸腾。如果液体中几乎没有空气，瓶壁就非常干净光滑，很难形成气泡。这样，在加热时，液体的温度可能会上升到沸点以上很多，而不会沸腾。这种现象称为“过热"。一旦形成气泡，该温度下液体的蒸气压远远超过大气压和液柱压力之和，因此上升。气泡内的气泡增加得非常快，甚至将液体冲出瓶外。这种异常沸腾的现象称为“冒泡"。因此，加热前应加入沸腾助剂，引入汽化中心，以保证沸腾稳定。沸腾物质一般是松散多孔的吸附空气的物体，如碎瓷片、沸石等。另外，可以用几根一端封闭的毛细管引入气化中心（注意毛细管要有足够的长度，以便上端可以放在蒸馏瓶的颈部，开口端朝下）。在任何情况下，都不要在已经加热到接近沸腾的液体中加入沸腾助剂，否则会因突然释放大量蒸气而从蒸馏瓶口喷出大量液体，造成危险。如果在加热前忘记添加助沸剂，添加时必须先将热源移开，待加热液体冷却至沸点以下。因为一开始加入的沸腾促进剂在加热时排出了部分空气，冷却时吸附了液体，所以可能已经失效了。另外，如果浴液用于间接加热，保持浴温不要超过馏出物的沸点20ºC。这种加热方式不仅可以大大降低瓶内馏出液各部分之间的温差，而且使汽泡不仅从烧瓶底部上升，而且沿液体边缘上升，从而大大减少过热的可能性。\n纯液体有机化合物在一定压力下具有一定的沸点，但具有固定沸点的液体不一定是纯化合物，因为有些有机化合物往往与其他组分形成二元或三元共沸混合物，它们也有一定的沸点。不纯物质的沸点取决于杂质的物理性质及其与纯物质的相互作用。如果杂质不挥发，溶液的沸点略高于纯物质的沸点（但蒸馏事实上，实际测量的不是不纯溶液的沸点，而是逸出的蒸气与其冷凝平衡时的温度，即馏出物的沸点而不是瓶中馏出物的沸点）。如果杂质是挥发性的，那么在蒸馏过程中液体的沸点会逐渐升高或因为两种或多种物质形成共沸混合物，在蒸馏过程中温度可以保持不变并保持在一定范围内。因此，沸点恒定并不意味着它是纯化合物。
        蒸馏大沸点混合液体时，低沸点的先蒸，高沸点的后蒸，不挥发的留在蒸馏器中。这样，分离和纯化的目的。因此，蒸馏是分离和纯化液体化合物的常用方法之一。这是一项重要的基本操作，必须掌握。但是，在蒸馏沸点比较接近的混合物时，各种物质的蒸气会同时被蒸出，但是低沸点的比较多，所以很难达到分离提纯的目的，所以我们不得不求助于分馏。蒸馏过程中纯液体化合物的沸程很小（0.5~1℃）。因此，蒸馏可用于确定沸点。使用蒸馏法测定沸点的方法是常数法。该方法进样量大，超过10 mL。如果样品不多，应采用微量法。
        蒸馏操作是化学实验中常用的一种实验技术，一般用于以下几个方面： (1)分离液体混合物，只有当混合物中各组分的沸点相差较大时，才能达到更有效分离； (2)测定纯化合物的沸点； (3)提纯、蒸馏含有少量杂质的物质，以提高其纯度； (4) 回收溶剂，或蒸发部分溶剂以浓缩溶液。