Mezcla frigorífica
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Una mezcla refrigerante es una mezcla de dos o más fases en un sistema químico que, siempre que ninguna de ellas se consuma completamente durante el equilibrio, alcanza una temperatura de equilibrio independiente de la temperatura inicial de las fases antes de su mezcla. La temperatura de equilibrio también es independiente de la cantidad de fases utilizadas, siempre que haya suficiente cantidad de cada una para alcanzar el equilibrio sin consumir una o más.El agua líquida y el hielo, por ejemplo, forman una mezcla frigorífica a 0 °C (32 °F). Esta mezcla se utilizaba anteriormente para definir 0 °C. Esta temperatura se define ahora como el punto triple del agua, con proporciones isotópicas bien definidas. Una mezcla de cloruro de amonio, agua y hielo forma una mezcla frigorífica a aproximadamente -17,8 °C (0 °F). Esta mezcla se utilizaba anteriormente para definir 0 °F.La existencia de mezclas frigoríficas puede considerarse una consecuencia de la regla de fases de Gibbs, que describe la relación en equilibrio entre el número de componentes, el número de fases coexistentes y el número de grados de libertad permitidos por las condiciones de equilibrio heterogéneo. Específicamente, a presión atmosférica constante, en un sistema que contiene componentes químicos linealmente independientes de C, si se especifica la presencia de fases C+1 en equilibrio, el sistema está completamente determinado (no hay grados de libertad). Es decir, la temperatura y la composición de todas las fases están determinadas. Así, por ejemplo, en el sistema químico H2O-NaCl, que tiene dos componentes, la presencia simultánea de las tres fases (líquido, hielo e hidrohalito) solo puede existir a presión atmosférica a la temperatura única de –21,2 °C. El enfoque hacia el equilibrio de una mezcla frigorífica implica un cambio espontáneo de temperatura impulsado por la conversión de calor latente en calor sensible a medida que las proporciones de las fases se ajustan para acomodar la disminución del potencial termodinámico asociada con el enfoque hacia el equilibrio.Otros ejemplos de mezclas frigoríficas incluyen:
Una mezcla refrigerante puede utilizarse para obtener un medio líquido con una temperatura reproducible inferior a la temperatura ambiente. Estas mezclas se utilizaban para calibrar termómetros. En química, un baño de enfriamiento puede utilizarse para controlar la temperatura de una reacción fuertemente exotérmica.Una mezcla frigorífica puede utilizarse como alternativa a la refrigeración mecánica. Por ejemplo, para ensamblar dos piezas metálicas mecanizadas, una se coloca en una mezcla frigorífica, lo que provoca su contracción para que pueda insertarse fácilmente en la segunda pieza, que no está refrigerada. Al calentarse, ambas piezas se mantienen firmemente unidas. Otro ejemplo es el proceso Piper, utilizado en la segunda mitad del siglo XIX para la congelación y el almacenamiento en frío de pescado.Las mezclas que dependen del uso de granizados ácido-base tienen un valor práctico limitado, más allá de la obtención de referencias del punto de fusión, ya que la entalpía de disolución del depresor del punto de fusión suele ser significativamente mayor (p. ej., ΔH -57,61 kJ/mol para KOH) que la entalpía de fusión del agua (ΔH 6,02 kJ/mol); como referencia, el ΔH para la disolución de NaCl es de 3,88 kJ/mol. Esto resulta en una capacidad de enfriamiento neta escasa o nula a las temperaturas deseadas y una temperatura de la mezcla final superior a la inicial. Los valores indicados en la tabla se obtienen preenfriando y combinando cada mezcla subsiguiente, rodeándola con una mezcla del incremento de temperatura anterior; las mezclas deben estar "apiladas" una dentro de otra.Estos aguanieves ácido-base son corrosivos y, por lo tanto, presentan problemas de manipulación. Además, no se pueden reponer fácilmente, ya que el volumen de la mezcla aumenta con cada adición de refrigerante; el recipiente (ya sea un baño o un dedo frío) eventualmente necesitará vaciarse y rellenarse para evitar que se desborde. Esto hace que estas mezclas sean en gran medida inadecuadas para su uso en aplicaciones sintéticas, ya que no habrá superficie de enfriamiento durante el vaciado del recipiente.
Hielo
Explicación
Otros ejemplos
| Materiales | Partes (w/w) | Temperatura de equilibrio |
|---|---|---|
| Cloruro de amonio (HN)4Cl) | 5 | −12 °C / 10 °F / 261 K |
| Nitrato de potasio (KNO)3) | 5 | |
| Agua | 16 | |
| Cloruro de amonio (HN)4Cl) | 5 | −15.5 °C / 4 °F / 257.5 K |
| Agua | 16 | |
| Nitrato de amonio (NH)4NO3) | 1 | −15.5 °C / 4 °F / 257.5 K |
| Agua | 1 | |
| Sulfato de sodio (Na2Así que...4) | 3 | −16 °C / 3 °F / 257 K |
| Ácido nítrico diluido (HNO)3) | 2 | |
| Sulfato de sodio (Na2Así que...4) | 8 | −18 °C / 0 °F / 255 K |
| Ácido clorhídrico (HCl) | 5 | |
| Snow/ice | 1 | −18 °C / 0 °F / 255 K |
| Cloruro de sodio (NaCl) | 1 | |
| Snow/ice | 1 | −26 °C / −15 °F / 247 K |
| Hidróxido de potasio (KOH) | 1 | |
| Snow/ice | 1 | −51 °C / −60 °F / 222 K |
| Ácido sulfúrico, diluido (H)2Así que...4) | 1 | |
| Snow/ice | 2 | −55 °C / −67 °F / 218 K |
| Cloruro de calcio (CaCl2) | 3 | |
| Ácido sulfúrico, diluido (H)2Así que...4) | 10 | −68 °C / −90 °F / 205 K |
| Snow/ice | 8 |
Usos
Limitaciones de la base de ácido
Véase también
- Baño de refrigeración
Referencias
- ^ Parker, Matthew T. (7 de marzo de 2019). Humble Pi. Riverhead Books. p. 91.
- ^ "Farenheit [sic] Scale". Boundless.
- ^ Estados Unidos. Ejército. Ordnance Dept (1862). Theodore Thaddeus Sobieski Laidley (ed.). The Ordnance Manual for the Use of the Officers of the United States Army (3rd ed.). J.B. Lippincott & Company. pp. 462.
- ^ a b Walker, Richard (1788). "Experimentos sobre la producción de césped artificial. Por el Sr. Richard Walker, Apothecary a la enfermería de Radcliffe en Oxford. En una carta a Henry Cavendish, Esq. F.R.S. y A.S." Transacciones filosóficas de la Sociedad Real de Londres. 78: 395 –402. doi:10.1098/rstl.1788.0027.
- ^ Duncan Stacey (1986). Una historia de la tecnología de refrigeración en la industria pesquera de la costa oeste (PDF). Microfiche Report Series 252. Environment Canada - Parks. pp. 1 –2. Retrieved 17 de mayo 2024.
- ^ Atalpy of solution of analytes, CRC
- ^ Gray, S. (1828). El químico operativo. Londres: Hurst, Chance. Página 166.
- ^ Walker, R. and Wall, M. (1795). Observaciones sobre los mejores métodos para producir frío artificial. Por el Sr. Richard Walker. Comunicado de Martin Wall, M. D. F. R. S. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 85(0), pp.270-289.
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