حمام التبريد
في الممارسة الكيميائية المختبرية، يُستخدم حمام التبريد أو حمام الثلج ، وهو عبارة عن خليط سائل، للحفاظ على درجات حرارة منخفضة، تتراوح عادةً بين 13 درجة مئوية و -196 درجة مئوية. تُستخدم درجات الحرارة المنخفضة هذه لجمع السوائل بعد التقطير ، أو لإزالة المذيبات باستخدام المبخر الدوار ، أو لإجراء تفاعل كيميائي تحت درجة حرارة الغرفة (انظر التحكم الحركي ).
تنقسم حمامات التبريد عمومًا إلى نوعين: (أ) سائل بارد (خاصة النيتروجين السائل أو الماء أو حتى الهواء ) - ولكن يشير المصطلح في أغلب الأحيان إلى (ب) خليط من 3 مكونات: (1) عامل تبريد (مثل الثلج الجاف أو الثلج )؛ (2) سائل "ناقل" (مثل الماء السائل أو الإيثيلين جليكول أو الأسيتون ، إلخ)، والذي ينقل الحرارة بين الحمام والوعاء؛ (3) مادة مضافة لخفض درجة انصهار النظام الصلب/السائل.
ومن الأمثلة الشائعة على ذلك استخدام خليط من الثلج والملح الصخري لتجميد الآيس كريم. فإضافة الملح تخفض درجة تجمد الماء، مما يقلل من أدنى درجة حرارة يمكن الوصول إليها باستخدام الثلج فقط.
| نسبة الجليكول في الإيثانول | درجة الحرارة (°م) | نسبة H2O في الميثانول | درجة الحرارة (°م) |
|---|---|---|---|
| 0% | -78 | 0% | -97.6 |
| 10% | -76 | 14% | -128 |
| 20% | -72 | 20% | غير متوفر |
| 30% | -66 | 30% | -72 |
| 40% | -60 | 40% | -64 |
| 50% | -52 | 50% | -47 |
| 60% | -41 | 60% | -36 |
| 70% | -32 | 70% | -20 |
| 80% | -28 | 80% | -12.5 |
| 90% | -21 | 90% | -5.5 |
| 100% | -17 | 100% | 0 |
حمامات التبريد بالمذيبات المختلطة
يُنتج مزج المذيبات حمامات تبريد ذات نقاط تجمد متفاوتة. يمكن الحفاظ على درجات حرارة تتراوح بين -78 درجة مئوية و-17 درجة مئوية تقريبًا عن طريق وضع سائل التبريد في خليط من الإيثيلين جليكول والإيثانول ، [ 1 ] بينما تغطي مخاليط الميثانول والماء نطاق درجات حرارة يتراوح بين -128 درجة مئوية و0 درجة مئوية. [ 2 ] [ 3 ] يتسامى الثلج الجاف عند -78 درجة مئوية، بينما يُستخدم النيتروجين السائل لحمامات التبريد الأكثر برودة.
عندما يتجمد الماء أو الإيثيلين جليكول من الخليط، يزداد تركيز الإيثانول/الميثانول، مما يؤدي إلى انخفاض درجة التجمد. أما مع الثلج الجاف، فلن تتجمد هذه الحمامات تمامًا، لأن الميثانول والإيثانول النقيين يتجمدان عند درجة حرارة أقل من -78 درجة مئوية (-98 درجة مئوية و-114 درجة مئوية على التوالي).
بالمقارنة مع حمامات التبريد التقليدية، تتميز مخاليط المذيبات بقدرتها على التكيف مع نطاق واسع من درجات الحرارة. إضافةً إلى ذلك، فإن المذيبات اللازمة أرخص وأقل سمية من تلك المستخدمة في الحمامات التقليدية. [ 1 ]
حمامات التبريد التقليدية
| عامل التبريد | مذيب عضوي أو ملح | درجة الحرارة (°م) |
|---|---|---|
| الثلج الجاف | بارا -زيلين | +13 |
| الثلج الجاف | ديوكسان | +12 |
| الثلج الجاف | سيكلوهكسان | +6 |
| الثلج الجاف | البنزين | +5 |
| الثلج الجاف | فورماميد | +2 |
| ثلج | الأملاح (انظر: اليسار) | من 0 إلى -40 |
| النيتروجين السائل | سيكلوهيبتان | -12 |
| الثلج الجاف | كحول البنزيل | -15 |
| الثلج الجاف | رباعي كلورو الإيثيلين | -22 |
| الثلج الجاف | رابع كلوريد الكربون | -23 |
| الثلج الجاف | 1،3-ثنائي كلورو بنزين | -25 |
| الثلج الجاف | أو -زيلين | -29 |
| الثلج الجاف | م -تولويدين | -32 |
| الثلج الجاف | أسيتونيتريل | -41 |
| الثلج الجاف | البيريدين | -42 |
| الثلج الجاف | م -زيلين | -47 |
| الثلج الجاف | الأوكتان العادي | -56 |
| الثلج الجاف | إيثر الأيزوبروبيل | -60 |
| الثلج الجاف | الأسيتون | -78 |
| النيتروجين السائل | أسيتات الإيثيل | -84 |
| النيتروجين السائل | ن -بيوتانول | -89 |
| النيتروجين السائل | الهكسان | -94 |
| النيتروجين السائل | الأسيتون | -94 |
| النيتروجين السائل | التولوين | -95 |
| النيتروجين السائل | الميثانول | -98 |
| النيتروجين السائل | سيكلوهكسين | -104 |
| النيتروجين السائل | الإيثانول | -116 |
| النيتروجين السائل | ن -بنتان | -131 |
| النيتروجين السائل | أيزوبنتان | -160 |
| النيتروجين السائل | (لا أحد) | -196 |
حمامات الماء والثلج
يحافظ حمام من الماء والثلج على درجة حرارة صفر مئوية، لأن درجة انصهار الماء هي صفر مئوية. مع ذلك، فإن إضافة ملح مثل كلوريد الصوديوم تخفض درجة الحرارة بفعل خاصية انخفاض نقطة التجمد . ورغم صعوبة التحكم الدقيق في درجة الحرارة، إلا أن نسبة وزن الملح إلى وزن الثلج تؤثر عليها.
- يمكن تحقيق درجة حرارة -10 درجة مئوية بنسبة كتلة 1:2.5 من هيدروكلوريد الكالسيوم إلى الجليد.
- يمكن الوصول إلى درجة حرارة -20 درجة مئوية بنسبة كتلة 1:3 من كلوريد الصوديوم إلى الجليد.
حمامات الثلج الجاف عند درجة حرارة -78 درجة مئوية
بما أن الثلج الجاف يتسامى عند درجة حرارة -78 درجة مئوية، فإن خليطًا مثل الأسيتون والثلج الجاف سيحافظ على درجة حرارة -78 درجة مئوية. كما أن المحلول لن يتجمد لأن الأسيتون يحتاج إلى درجة حرارة تقارب -93 درجة مئوية ليبدأ بالتجمد.
توصيات السلامة
تشير الجمعية الكيميائية الأمريكية إلى أن المذيبات العضوية المثالية للاستخدام في حمام التبريد لها الخصائص التالية:
- أبخرة غير سامة.
- لزوجة منخفضة.
- غير قابل للاشتعال.
- تقلب منخفض.
- نقطة تجمد مناسبة.
في بعض الحالات، يمكن لاستبدال بسيط أن يُعطي نتائج متطابقة تقريبًا مع تقليل المخاطر. على سبيل المثال، استخدام الثلج الجاف في 2-بروبانول بدلًا من الأسيتون يُعطي درجة حرارة متطابقة تقريبًا ولكنه يتجنب تقلب الأسيتون (انظر قسم " للمزيد من القراءة " أدناه).
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 3 لي، دو و.؛ جنسن، كريج م. (2000). "حمام الثلج الجاف القائم على مخاليط الإيثيلين جليكول" . مجلة التعليم الكيميائي 77 (5): 629. Bibcode : 2000JChEd..77..629J . doi : 10.1021/ed077p629 .
- ↑ تُعدّ مخاليط الميثانول والماء خيارًا ممتازًا لحمامات التبريد . Chemtips.wordpress.com. تاريخ الاطلاع: ٢٣ فبراير ٢٠١٥.
- ↑ الدليل الشامل للغاية لتحضير حمام الميثانول/الماء . Chemtips.wordpress.com. تاريخ الاطلاع: 23 فبراير 2015.
- ↑ حمامات التبريد – ChemWiki . Chemwiki.ucdavis.edu. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-06-2013.
للمزيد من القراءة
- جوناثان م. بيرسي؛ كريستوفر ج. مودي؛ لورانس م. هاروود (1998). الكيمياء العضوية التجريبية: على المستوى القياسي والمستوى المصغر . دار بلاكويل للنشر . ISBN 978-0-632-04819-9.
- ويلفريد لويس فلوريو أرماريجو؛ كريستينا لي لين تشاي (2003). تنقية المواد الكيميائية المختبرية (الطبعة الخامسة ). باتروورث-هاينمان . ISBN 978-0-7506-7571-0.
- كينيث ب. فيفيزاني (2003). السلامة في مختبرات الكيمياء الأكاديمية، من تأليف الجمعية الكيميائية الأمريكية، المجلد 1: الوقاية من الحوادث لطلاب الكليات والجامعات ( الطبعة السابعة). الجمعية الكيميائية الأمريكية . ISBN 9780841238633.
روابط خارجية
- مجموعة كارتر البحثية. "حمامات التبريد" . جامعة ولاية أوريغون .
- ايه جيه ميكسنر؛ وآخرون . "10.5.2 مخاليط التجميد المختلفة" . جامعة سيجن .
- تقنيات المختبر
- علم التبريد
- تقنية التبريد