Chlazení

Často se v laboratoři k chlazení používá cirkulující obyčejné vody v chladících vodních lázních. K chlazení se také často používá ledu. Led je snadno dostupný a je vzhledem ke svému vysokému skupenskému teplu tání (334,1 kJ/kg) výhodným chladicím prostředkem. Má-li být chlazení v ledové lázni účinné, musí být zajištěn rychlý převod tepla mezi chlazenou plochou a ledem, k tomu se obvykle využívá ledová voda. I když voda jako prostředek k převodu tepla má značné přednosti, není její použití neomezené, pro ochlazení látky pod její bod tání, musíme použít různých chladicích směsí. Pokud nejde o teploty velmi hluboké, skládají se takové lázně ze směsi ledu s různými elektrolyty, nejčastěji solemi. Elektrolyty způsobují ve styku s ledem jeho rychlé tání. Vzniká tak nejdříve malé množství roztoku elektrolytu, jehož bod tání leží hluboko pod bodem tání ledu. Rychlé tání ledu, které je spojeno s velkou absorpcí tepla přímo z chladicí směsi, způsobuje pak silné ochlazení. Konečné snížení teploty závisí na povaze použitého elektrolytu a na jeho množství v poměru k použitému ledu. Pokles teploty dosažený chladicí směsí nikdy nepřesáhne bod tání eutektika . V praxi se připravuje chladicí směs tak, že se v tenkých vrstvách střídavě nasypává led a hrubozrnná sůl. Vhodnou kombinací různých solí a ledu lze připravit chladicí lázně o teplotě od -2°C až do -55°C.

Složení některých chladicích směsí:

Látka	Díly ledu	Díly soli	Dosažitelná teplota °C
Na₂CO₃.10 H₂O	100	20	- 2
KCl	100	30	- 11
NH₄Cl	100	25	- 15
NaCl	100	33	- 21,3
NaNO₃ + NH₄NO₃	100	55 + 52	- 26
NH₄Cl + NaNO₃	100	13 + 38	- 31
KNO₃ + KCNS	100	2 + 112	- 34
NaNO₃ + NH₄CNS	100	55 + 40	- 37
CaCl₂.6 H₂O	61	100	- 39
CaCl₂.6 H₂O	70	100	- 54,9

Kromě solí poskytují účinnou zimotvornou směs i silné minerální kyseliny ve směsi se sněhem nebo ledem.

Oxid uhličitý (CO₂)

Chladicí směsi připravené z ledu a elektrolytu mají určité nevýhody. Dosti rychle se spotřebují a jejich příprava vyžaduje navazování jednotlivých komponent. Poměrně snadno dostupným a účinným chladicím prostředkem je také tuhý oxid uhličitý, tzv. suchý led. Jelikož je špatným vodičem tepla a jeho styk se stěnami ochlazované nádobky není dokonalý, používá se k přípravě chladicích směsí v kombinaci s organickými rozpouštědly. Suchý led ochlazuje tyto nesnadno tuhnoucí kapaliny na velmi nízké teploty, často nižší, než je jeho bod sublimace (-78,8 °C). To lze vysvětlit tím, že sublimující oxid uhličitý odnáší s sebou páry použitého těkavého rozpouštědla a tak se směs dále ochlazuje odpařováním kapaliny. Lze též předpokládat, že na ochlazování má vliv i vznik nízko-tuhnoucích roztoků.

Příklady chladicích směsí s CO₂

Vnesením malých dávek (aby se zabránilo přílišnému pěnění kapaliny) tuhého oxidu uhličitého do etanolu se získá chladicí lázeň s teplotou asi -80°C. Nahradí-li se etanol acetonem, dosáhne se ochlazení na -86°C a při použití éteru klesá teplota dokonce až na -90°C. Směs tuhého oxidu uhličitého s éterem se nazývá směs Thillorierova. Éter je však snadno zápalný a jeho páry jsou ve směsi se vzduchem výbušné, proto je nahrazován jinými méně nebezpečnými kapalinami, např. trichloretylenem.

Při praktickém chlazení obložíme chlazenou nádobu, postavenou do vhodné Dewarovy nádoby, práškovým suchým ledem, k němuž pak přiléváme po malých dávkách zvolené rozpouštědlo. Ve styku suchého ledu s teplým rozpouštědlem dochází z počátku k mocnému vývoji plynného oxidu uhličitého. Chceme-li dosáhnout co nejnižších teplot, musíme udržovat neustálý přebytek tuhého oxidu uhličitého. Po dosažení minimální teploty však stačí již jen malé množství tuhého oxidu uhličitého k tomu, aby se chladicí směs v Dewarově nádobě na této teplotě udržela po několik hodin.

Jaroslava Vávrová