中学理科中学1年生物質・化学

蒸留とは｜エタノールと水を分ける実験と温度計の位置【中1理科】

中1理科の「蒸留」を図解します。液体の混合物を加熱し、沸点のちがいを利用して蒸気を冷やしながら分離する蒸留のしくみ、赤ワインからエタノールを取り出す実験、温度計の球部を枝の高さに合わせる理由、沸騰石を入れる理由まで、装置図と例題でやさしくわかります。

赤ワインは、エタノール（お酒の成分）と水がまざった混合物です。この2つを、ろ過やこし取りではなく分けて取り出すにはどうすればよいでしょうか。答えは、状態変化で学んだ沸点のちがいを利用すること。これが蒸留です。

蒸留とは（まず結論）

これが蒸留です。ろ過が「とけていないつぶ」を取り除く方法だったのに対し、蒸留は液体どうしがとけ合っている混合物を、沸点のちがいを使って分けるのがポイントです。

どうして沸点のちがいで分けられるの？

エタノールの沸点は約 $78$ ℃、水の沸点は $100$ ℃です（状態変化で確認したとおり、物質ごとに沸点は決まっています）。赤ワインを加熱すると、沸点の低いエタノールのほうが先に、多く気体になって出ていきます。

装置の流れは、①フラスコで加熱 → ②枝から出た蒸気がガラス管を通る → ③水で冷やされて再び液体にもどる → ④別のビーカーにたまる、という順です。この「気体にして、また液体にもどす」がまさに蒸留の中身です。

グラフのように、加熱を始めると温度は早めに $78$ ℃付近まで上がり、そのあたりでしばらく落ち着きます。この間に出てくる液体はエタノールの割合が多い液体です。さらに加熱を続けると、温度はゆるやかに $100$ ℃へ近づいていき、出てくる液体は水の割合が多くなっていきます。純粋な水のようにぴったり平らにはならず、少しずつ上がっていくのが混合物の蒸留の特徴です。

セナ

沸点が78℃なら、78℃になったとたんに「エタノールだけ」がバーッと出てくるのかと思ってた。

ホクト先生

そこがひっかかりやすいところ！ 赤ワインは水とエタノールがとけ合った混合物だから、78℃になっても「エタノールだけ」が出てくるわけじゃないんだ。エタノールの割合がいちばん多く出てくる、というのが正確な言い方だよ。加熱を続けるほど、フラスコの中はだんだん水の割合が増えていくから、あとから出てくる液体ほど水っぽくなる。状態変化で見た「決まった温度でぴたっと平ら」になるのは、混じりけのない純粋な物質だけの話なんだ。

温度計の位置と沸騰石——実験の2つの注意点

蒸留の実験装置には、まちがえやすいポイントが2つあります。

集めた液体は、燃やして確かめる

蒸留で集めた液体が、本当にエタノールを多くふくんでいるかは、実際に燃やして確かめられます。

これは有機物と無機物で確認した「燃やして確かめる」考え方そのものです。エタノールは炭素をふくむ有機物なので、火を近づけると青い炎を上げてよく燃え、あとに何も残りません。あとのほうで出てくる、水の割合が多い液体は燃えにくくなります。

よくある間違い

やってみよう（練習問題）

沸点のちがいを利用して、気体にしてからまた液体にもどす——これが蒸留のすべてです。温度計は「出ていく蒸気」を、沸騰石は「安全な沸騰」を見張っている。この2つの役割さえつかめば、蒸留の実験装置はもう迷いません。