混合物の分離方法って何がある？7つの方法と見分け方を元研究員がわかりやすく解説

ライター／wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい！

混合物と純物質

image by iStockphoto

身の回りの物質には、純水や酸素や鉄のように他の物質が混ざり合っていない1種類の物質からできている純物質と空気や海水のように2種類以上の物質が混ざり合った混合物があります。

混合物と純物質の違いは？

純物質はそれぞれ固有の融点（固体から液体に変化する温度）と沸点（液体から気体に変化する温度）をもっています。融点や沸点を調べることにより、その純物質の種類を特定することが可能です。

そして混合物は純物質が2種類以上混ざり合っているため、固有の融点や沸点をもちません。混合物は混ぜ合わせた純物質の割合により性質が異なることを覚えておきましょう。

3分で簡単！沸点・融点・凝固点の違いとは？物質の状態変化を元家庭教師がわかりやすく解説

混合物の分離方法

混合物を純物質いくつかに分離したい時は、純物質固有の性質の違いを利用して純物質を1つずつ取り出します。この混合物から純物質を取り出す実験操作のことを分離といい、分離した物質から不純物を取り除くことで純度を高める操作のことを精製というのです。それでは、混合物の分離方法について1つずつ解説していきましょう。

簡単でわかりやすい！混合物と化合物の違いとは？純物質も元研究員がわかりやすく解説

混乱しやすい「単体化合物混合物」の見分け方を元塾講師がわかりやすく解説

1.ろ過

image by iStockphoto

ろ紙を用いて液体と液体に溶けない固体を分離します。液体と固体の混合物の時は、目に見えない細かい穴が多数空いている紙（ろ紙）をフィルターとして使い、上から液体と固体の混合物を流し込むことで分離するのです。

ろ紙はろ紙自体の直径に種類がありますが、空いている穴の大きさにも種類があるので、適切な種類のろ紙を選択する必要があります。

自然に液体と固体の分離を待つ方法の他に、実験室ではアスピレーターを用いてろ紙以下を減圧にすることで分離を早める吸引ろ過が用いられことが多いです。これは純物質それぞれの粒子の大きさの違いを利用した分離方法になります。

2.蒸留（じょうりゅう）

By H Padleckas created this picture in December 2005. H Padleckas 16:47, 27 December 2005 (UTC) - H Padleckas created this picture in December 2005. H Padleckas 16:47, 27 December 2005 (UTC), CC 表示-継承 3.0, Link

混合物を加熱し、1種類の純物質を気化させ、その蒸気を冷やし液体に戻すことで目的の物質を取り出す実験操作です。蒸留は純物質の沸点の違いを利用した分離方法で、特別な装置を組んで行います。

（1）ガスバーナー（混合物を加熱する装置です。低温で加熱したいときはウォーターバスを使いましょう。）
（2）丸底フラスコ（混合物を入れます。沸騰石を同時に入れ突沸（急に沸騰する事）を防ぐことも重要です。）
（3）ト字管（丸底フラスコと温度計とリービッヒ冷却器をつなぎます。）
（4）温度計（丸底フラスコの上部にあがってきた気体の温度を測るために重要です。温度計の球部はト字管の枝つけ根の少し下に来るように設置します。）
（5）リービッヒ冷却器（ガラス管が二重になった構造。混合物を加熱して出てきた蒸気を内側の管に導き、周囲を水で冷却することで再び液体に戻す装置です。）
（6）リービッヒ冷却器の水の入口（気体を冷やすために使う水は、冷却効率を上げるために下から上に流します。）
（7）リービッヒ冷却器の水の出口（使った水はそのまま流しに捨ててかまいません。）
（8）フラスコ（混合物から出てきた気体を、液体に戻したものを溜めるのに使います。）
（9）塩化カルシウム管につなぐ（装置の開放部に塩化カルシウム管をつなぐことで、吸湿を防止しましょう。）
（10）アダプター（装置同士をつなぎます。）

実験操作
1.混合物と沸騰石を丸底フラスコに入れましょう。
2.装置をセッティングし冷却器に水を流し始めます。バーナーをつけ加熱開始です。
3.丸底フラスコを加熱していくと、溶液が沸騰し始め蒸気がト字管に上がってきます。
4.蒸気を測っている温度計の上昇が止まってほぼ一定温度（目的物質の沸点）になったら、目的物質が蒸気になり冷却されて液体になりフラスコに集まります。
5.目的物質がほぼ回収されると、温度計が示す温度が変化し始めるので、加熱をやめ蒸留は終了です。

沸点の差を利用した液体の精製法「蒸留」について元塾講師がわかりやすく解説

3.分留（ぶんりゅう）

蒸留と同じく純物質の沸点の違いを利用した分離方法です。

蒸留（上記3.）と同じ装置を使い、数種類の液体からなる混合物をそれぞれの沸点の違いから1つずつ分離します。

蒸留装置の（10）のアダプターの下にさらに三又アダプターをつけ、フラスコを3つ繋げることで3種類の液体を回収することも可能です。この時、温度計が示す温度がとても重要だということを覚えておきましょう。蒸気の温度から、どの物質が蒸気になり冷却され液体になっているかを把握して回収することができます。

5分で分かる蒸留と分留の違い！目的や仕組み、実験方法などを阪大院卒理系ライターがわかりやすく解説

4.再結晶法（さいけっしょうほう）

By Quantockgoblin 19:26, 11 January 2007 (UTC) - 投稿者自身による作品, パブリック・ドメイン, Link

純物質の温度による溶解度（どのくらいの量溶けるか）の違いを利用した分離法で、温度による溶解度に差のある固体と固体の混合物を分離する時に行う実験操作です。

高い温度で溶けきるぎりぎりの量（大量）の物質を加えた溶液を冷やすと、温度による溶解度の差が大きい物質が溶けきれなくなり固体として現れます（析出）。

例えば、硝酸カリウムと塩化ナトリウムの混合物の高温高濃度の水溶液を冷却すると、硝酸カリウムの固体が析出するのです。硝酸カリウムは低温では少ししか解けず温度を上げるとたくさん溶けるという性質があります。しかし、塩化ナトリウムは温度を上げてもあまり溶ける量が変わりません。

このことを利用して、硝酸カリウムを分離することができます。析出した後は、ろ過をして乾燥し硝酸カリウムの固体を分離しましょう。

溶解度を利用した物質の精製法「再結晶」について元塾講師がわかりやすく解説

溶液の濃さには限界がある！温度によって変化する「溶解度」を元塾講師がわかりやすく解説

5.昇華法（しょうかほう）

image by Study-Z編集部

混合物を加熱し、昇華（気体から液体を経ないで固体になる状態変化）する性質のある物質だけを取り出す方法です。混合物を加熱し昇華させて冷却し、目的の物質だけを分離します。これは純物質の昇華性を利用した分離法です。昇華法で分離できるのはヨウ素、ナフタレンがあります。

3分で簡単にわかる！固体が気体に変化する「昇華」とは？物質の状態変化も元家庭教師がわかりやすく解説

ヨウ素とは？デンプンでおなじみヨウ素反応の不思議を元素周期表マニアの科学館職員がわかりやすく解説

6.抽出（ちゅうしゅつ）

image by iStockphoto

混合物に目的の物質だけを溶かす溶媒を加えて振ることで、目的の物質を溶媒中に溶け込ませ分離する方法です。例えば、水より特定の溶媒に溶けやすい純物質を、水溶液中から分離する時に使います。これは純物質の溶解度の違いを利用した分離方法です。

実験操作
1.分液ろうと台に分液ろうとを置き、下のコックを閉じて上の栓を開けて混合物を流し込みます。
2.同様にほぼ混合物と同量の抽出溶媒を流し込みましょう。
3.上部の栓を溝と空気穴をずらして密栓し、片方の手で栓を押さえながらさかさまにします。
4.さかさまの状態でコックを開き、分液ろうと内を常圧にしましょう。
5.コックを閉じて液がよく混合するように上下に5～6回強く振り、コックを開いてガス抜きします。
6.5.を数回繰り返しましょう。
7.分液ろうとをろうと台に置き、完全に二層に分かれるまで静置します。
8.コックをゆっくり開き、液面が乱れないように下層をビーカーなどに回収しましょう。