混合物的分离（色谱、蒸馏）Separation of Solutions and Mixtures (Chromatography, Distillation)

分离靠的是分子间作用力的差异

1.2.7 节学过过滤、蒸发和蒸馏，那时比较的是“溶不溶”“沸点高低”这些宏观性质。AP U3.9 要求你从粒子的层面解释：色谱和蒸馏之所以能把混合物分开，是因为各个组分的分子间作用力不同。

色谱：固定相和流动相

色谱中有两相：不动的固定相stationary phase（纸色谱是纸的纤维素，薄层色谱和柱色谱常用硅胶）和流过它的流动相mobile phase（溶剂）。混合物中的每个组分都在两相之间来回分配：

• 和固定相吸引得越强（分子间作用力越强），越多时间“停”在固定相上，走得越慢、越近；
• 和流动相吸引得越强，越多时间随溶剂前进，走得越快、越远。

硅胶表面有许多 –OH，是极性很强的固定相：极性小的组分走得远，极性大（特别是能形成氢键）的组分走得近。所以色谱能回答的问题是“这些组分的极性（分子间作用力）是否不同”，而不是它们的质量、密度或运动速率是否不同。

Rf 值

Rf 在 0 和 1 之间。在同样的固定相和流动相下，同一种物质的 Rf 相同，所以可以把未知样品和已知物质并排展开，比较 Rf 来鉴别。

改变流动相的极性： 在硅胶上，流动相的极性越大，和组分之间的吸引越强，能和固定相“争夺”组分，所有斑点都走得更远（Rf 变大）；流动相极性太小，极性大的组分留在起点线上。选择极性适中的流动相，各组分才分得开。

柱色谱column chromatography的原理相同：把硅胶装在柱子里，让溶剂带着混合物流过，和固定相吸引最弱的组分最先流出。柱色谱能处理较多的样品，可以收集到足够多的纯净组分；纸色谱和薄层色谱主要用来分析。

拖动流动相中乙酸乙酯的比例，展开薄层色谱，比较三种染料的 Rf，并鉴别未知样品：

蒸馏：分子间作用力弱的先出来

蒸馏把液体混合物加热，沸点低的组分先大量汽化，经冷凝后收集。沸点取决于分子间作用力（U3.1）：作用力越弱，沸点越低，越先被蒸出。 乙醇（78.3 °C）和水（100 °C）的混合物蒸馏时，先收集到的馏分富含乙醇：乙醇分子之间的氢键比水少。

沸点相近的液体（如石油中的各种烃）要用分馏fractional distillation：蒸气在分馏柱中反复冷凝、汽化，每一次都使蒸气中沸点低的组分更多，最后得到较纯的馏分。

要得到溶解在溶液中的固体（如食盐），可以把溶剂蒸发掉（蒸发）。

例题 1：读薄层色谱

在硅胶薄层板上展开两种化合物 X 和 Y。溶剂前沿移动了 6.0 cm，X 的斑点移动了 4.5 cm，Y 移动了 1.5 cm。求两者的 Rf，判断哪一种极性更大；如果流动相换成极性更大的溶剂，结果会怎样变化？

例题 2：蒸馏两种烷烃

己烷（$\ce{C6H14}$，68.7 °C）和辛烷（$\ce{C8H18}$，125.6 °C）互溶。蒸馏它们的混合物时，先收集到的馏分富含哪一种？为什么？

常见误区

即时小测

AP 自由作答题

小结

• 色谱：组分在固定相和流动相之间分配；和固定相吸引越强，走得越近。在极性固定相上，极性越大，Rf 越小。
• Rf = 斑点距离 ÷ 溶剂前沿距离；同样条件下可用来鉴别物质。流动相极性变大，斑点走得更远。
• 柱色谱原理相同，能收集较多的纯净组分。
• 蒸馏：分子间作用力越弱，沸点越低，越先被蒸出；沸点相近时用分馏。蒸发可以得到溶解的固体。