共沸現象のメカニズム

質問

共沸現象についてお聞きします。
どのようにして共沸現象が起こるかを教えてください。
共沸が起こると混合液の組成と蒸気の組成が同じであるとか、沸点が下がる（上がる）などの事は理解しているつもりなのですが、なぜ共沸を起こす化合物と起こさない化合物があるのかがわかりません。
また、エタノールと水以外にもエタノールと共沸を起こすものはありのでしょうか。
宜しくお願いします。

回答No.1

kagakagaku · ベストアンサー

こんちは。
水の沸点100℃とエタノールの沸点約80℃、この違いは水素結合が大きく影響しています。エタノールは水と比べてさほど水素結合しておらず、水素結合によって足を引っ張られるが事ないいので、大気圧を破って飛び出しやすいってことです。
ここでエタノールが95％ほど含まれていると、水分子が数多くのエタノールに囲まれ、水の水素結合なのか、エタノールの水素結合なのか、わからないごっちゃなになった状態をとります。つまり、熱をかけると、平等に飛んでいき、このとき共沸となります。
メタノールと水は共沸を起こしませんが、これは、メタノール同士の結束力がエタノールのときよりも強く、メタノール分子の水素結合と水の水素結合がごっちゃになる状態を取ることができないと考えられます。また、メタノール分子の大きさも小さいので、水分子を他の水分子から隔離することが難しいことも考えられます。
共沸は、たとえばエタノールと四塩化炭素なんかでは、けっこうエタノールの沸点よりも下がりますが、これは、水素結合を持たない四塩化炭素がエタノール分子同士を、体を張って遠ざけ、エタノール同士の水素結合を切ることで、エタノールを飛びやすくしているものと思われます。水とベンゼンでは当然、共沸が起こらないように（混ざり合わない…）、まず、溶液が混ざり合うことが第一条件でしょう。エタノールは有機溶媒に溶けやすいのでいろいろあるでしょう

参考URL：

http://www006.upp.so-net.ne.jp/h-fukui/86Azeotrop.htm

お礼

ありがとうございます。
水素結合が関係していたのですね。
あと、追加の質問なのですが炭化水素とエタノールは共沸を起こすのでしょうか？

回答No.2

kagakagaku

こんちは。
共沸するかどうかはやはり実験してみないことには分からないですね…。エタノールは大体の有機溶媒を溶かすので、混和し、おそらく共沸を起こすものと考えられますが、どの程度の割合の時に共沸を起こすか、どの程度温度が下がるか、などは実際にやってみないとわからないと思いますね。文献は図書館などに行かないとないかもしれません。
同じ炭化水素でも異性体がいろいろあるので、炭化水素、とひとくくりにはできないですが、個人的な予想では、炭化水素は共沸を起こしにくいと思われます（起こさない？）。分子が大きいのと、また、極性が無く、あまり、エタノール間の水素結合を分断する力がないのではないか、という理由からっす

お礼

お礼が遅れまして、すみません。
ありがとうございました。
やはり、極性が大きく関係しているのですね。