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En la práctica de la química de laboratorio, un baño de enfriamiento o baño de hielo es una mezcla líquida que se utiliza para mantener bajas temperaturas, generalmente entre 13 °C y -196 °C. Estas bajas temperaturas se utilizan para recoger líquidos después de la destilación , para eliminar disolventes mediante un evaporador rotatorio o para realizar una reacción química por debajo de la temperatura ambiente (véase Control cinético ).
Los baños de enfriamiento son generalmente de dos tipos: (a) un fluido frío (en particular nitrógeno líquido , agua o incluso aire ) — pero más comúnmente el término se refiere a (b) una mezcla de 3 componentes: (1) un agente refrigerante (como hielo seco o hielo ); (2) un "portador" líquido (como agua líquida, etilenglicol , acetona , etc.), que transfiere calor entre el baño y el recipiente; (3) un aditivo para deprimir el punto de fusión del sistema sólido/líquido.
Un ejemplo conocido de esto es el uso de una mezcla de hielo y sal gruesa para congelar helado. Agregar sal reduce la temperatura de congelación del agua, disminuyendo así la temperatura mínima que se puede alcanzar solo con hielo.
Baños de enfriamiento con disolventes mixtos
La mezcla de disolventes crea baños de enfriamiento con puntos de congelación variables. Se pueden mantener temperaturas entre aproximadamente −78 °C y −17 °C colocando refrigerante en una mezcla de etilenglicol y etanol , [ 1 ] mientras que las mezclas de metanol y agua abarcan el rango de temperatura de −128 °C a 0 °C. [ 2 ] [ 3 ] El hielo seco se sublima a −78 °C, mientras que el nitrógeno líquido se utiliza para baños más fríos.
A medida que el agua o el etilenglicol se evaporan de la mezcla, la concentración de etanol/metanol aumenta. Esto da lugar a un nuevo punto de congelación más bajo. Con hielo seco, estos baños nunca se congelarán por completo, ya que tanto el metanol puro como el etanol se congelan por debajo de −78 °C (−98 °C y −114 °C, respectivamente).
En comparación con los baños de enfriamiento tradicionales, las mezclas de solventes se adaptan a un amplio rango de temperaturas. Además, los solventes necesarios son más baratos y menos tóxicos que los utilizados en los baños tradicionales. [ 1 ]
Baños de enfriamiento tradicionales
Baños de agua y hielo
Un baño de hielo y agua mantendrá una temperatura de 0 °C, ya que el punto de fusión del agua es de 0 °C. Sin embargo, añadir una sal como el cloruro de sodio disminuirá la temperatura debido a la propiedad de descenso del punto de congelación . Si bien la temperatura exacta puede ser difícil de controlar, la proporción en peso de sal y hielo influye en ella.
- Se puede alcanzar una temperatura de -10 °C con una proporción másica de 1:2,5 de hemihidrato de cloruro de calcio con respecto al hielo.
- Se puede alcanzar una temperatura de -20 °C con una proporción de masa de cloruro de sodio a hielo de 1:3.
Baños de hielo seco a −78 °C
Dado que el hielo seco se sublima a -78 °C, una mezcla como la de acetona y hielo seco mantendrá esa temperatura. Además, la solución no se congelará porque la acetona requiere una temperatura de aproximadamente -93 °C para comenzar a congelarse.
Recomendaciones de seguridad
La Sociedad Química Estadounidense señala que los disolventes orgánicos ideales para usar en un baño de enfriamiento tienen las siguientes características:
- Vapores no tóxicos.
- Baja viscosidad.
- No inflamable.
- Baja volatilidad.
- Punto de congelación adecuado.
En algunos casos, una simple sustitución puede dar resultados casi idénticos a la vez que reduce los riesgos. Por ejemplo, usar hielo seco en 2-propanol en lugar de acetona produce una temperatura casi idéntica, pero evita la volatilidad de la acetona (véase la sección « Lecturas adicionales» más abajo).
Véase también
Referencias
- 1 2 3 Lee, Do W.; Jensen, Craig M. (2000). "Baño de hielo seco basado en mezclas de etilenglicol" . J. Chem. Educ. 77 (5): 629. Bibcode : 2000JChEd..77..629J . doi : 10.1021/ed077p629 .
- ↑ Las mezclas de metanol y agua son excelentes para baños de enfriamiento . Chemtips.wordpress.com. Consultado el 23 de febrero de 2015.
- ↑ La guía increíblemente completa para preparar un baño de metanol/agua . Chemtips.wordpress.com. Consultado el 23 de febrero de 2015.
- ↑ Baños de enfriamiento – ChemWiki . Chemwiki.ucdavis.edu. Consultado el 17 de junio de 2013.
Lecturas adicionales
- Jonathan M. Percy; Christopher J. Moody; Laurence M. Harwood (1998). Química orgánica experimental: escala estándar y microescala . Blackwell Publishing . ISBN 978-0-632-04819-9.
- Wilfred Louis Florio Armarego; Christina Li Lin Chai (2003). Purificación de productos químicos de laboratorio (5.ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-7506-7571-0.
- Kenneth P. Fivizzani (2003). Seguridad en el laboratorio de química académica, por la Sociedad Química Estadounidense, Volumen 1: Prevención de accidentes para estudiantes universitarios (7.ª ed.). Sociedad Química Estadounidense . ISBN 9780841238633.
Enlaces externos
- Grupo de Investigación Carter. "Baños de enfriamiento" . Universidad Estatal de Oregón .
- AJ Meixner; et al. "10.5.2 Diferentes mezclas de congelación" . Universidad de Siegen .
- Técnicas de laboratorio
- Criogenia
- Tecnología de refrigeración
