質問: 塩化ナトリウム水溶液を蒸留際のリービッヒ冷却器の... こんにちは。問題集で疑問点をみつけたので質問にきました。よろしくお願いします。 リービッヒ冷却器を用いた塩化ナトリウム水溶液を蒸留する実験です。 1.枝つきフラスコに沸騰石が加える理由を記せという問題です。 この問題は頻繁に出題されるため「突沸を防ぐため」と解答を暗記してしまっているのですが、実際突沸するのがどうしていけな いのでしょうか。やかんが温めた結果突然沸騰したとしても便利に感じるくらいのように、突然沸騰するのがそこまで危険だとは思えませ ん。 2.冷却水はどちらから加えるか、という問題です。 解答では下から入れることになっていますが、この理由が「効率的に冷却するため」とあります。なぜ下から冷却水を入れると効 率的に冷却することができるのでしょうか。重力で水は下に行きますし、わざわざ入り口を下側に設置する理由が思い当たりません。 理解力がなくてすみません。 詳しい方おりましたら、詳しくご指南いただければ幸いです。また、関連した知識や補足をして頂ければなお助かります。 失礼します。
回答: >1 まず、やかんの沸騰について。これは危険である。沸点(100°C)において液体の水が気化する場合の体積膨張を考えると良い。例えば1モルの水は約18g、液体であれば約18ml強しか体積が無いが、これが気化した場合には22.4×(373[k]/273[k])=約30.6lもの体積を持つようになる。10モル180mlの熱湯が300lの熱水蒸気へ変化するのだ。やかんの取っ手を握った瞬間に突沸が起きたら全身大火傷は免れないことがお解かりいただけると思う。 化学実験でも、フラスコの中に入れた水が突沸して全て気化したと考えた場合、内容物の体積が一瞬にしてフラスコの容積の何十倍にもなる。こうなってしまうと冷却管はもはや何の役にも立たず、容器から熱蒸気や熱湯があふれ出たり、場合によっては容器が破裂したりして危険である。突沸しても大丈夫なように容器の容積に余裕を持つことを考えた場合には、先ほどの計算を例に挙げて考えると180ml程度の水を使う実験のために300lという化学工場並みの巨大な実験装置を用意しなければならなくなる。 >2 これは、実際に上から水を流して確認するのが良い。上から水を流した場合、冷却管の上部には水が溜まらず冷却効果が得られないことが一目瞭然で分かると思う。