Охладительные смеси
Растворение как средство для получения искусственного холода применялось, по-видимому, издавна; так, например, римляне для охлаждения вина пользовались растворением селитры в воде. Этот же способ охлаждения вновь был применен физиком Blasius Villafranca в Риме в 1550 г. О более сильном охлаждении упоминает Latinus Tancredus в Неаполе в 1607 г.; он брал смесь снега с селитрой; наконец, о смеси толченого льда и поваренной соли упоминается Санторио в 1626 г. Эта же смесь, вероятно, применялась для замораживания жидкостей, а также покойников народом, называемым эстонским, как это приводит христианский писатель V века Орозий. В наше время О. смеси применяются в домашнем быту, в лабораториях и вообще там, где не требуется очень сильное и продолжительное охлаждение. Для последнего и для заводских целей наука и экономический расчет создали более могущественные средства искусственного охлаждения (см. Лед искусственный). О. смесей очень много, так как вообще всякая химическая реакция (в том числе и растворение), совершающаяся с поглощением тепла, может служить для охлаждения; применение той или другой О. смеси зависит от того, что имеется под руками, и от желаемого понижения температуры. Можно объяснить себе в общих чертах причину охлаждения при употреблении О. смесей. Возьмем, например, смесь снега и алкоголя; 73 вес. части снега и 77 ч. алкоголя, взятого около 4° Ц., будучи смешаны, охлаждаются до —30°. Явление в целом представляет собой растворение твердого тела — льда в спирте. Лед, как и всякое тело, твердое или жидкое, представляет собой систему молекул, обладающих колебательными движениями (тепловыми) и в то же время находящихся в сфере взаимного притяжения; покуда эта система остается в одном из состояний подвижного равновесия, физическое (и химическое) состояние тела остается неизменным. При соприкосновении частиц льда (или твердой воды) и спирта к системе сил, существующих между молекулами льда, прибавляются силы химического сродства спирта и воды; поэтому взаимное притяжение между частицами льда ослабевает, лед плавится; при этом силы, обусловливающие тепловое движение, могут произвести работу и ее производят на счет тепловой энергии смеси (теплота переходит в работу); теплота поглощается. В то же время соединение спирта с водой, вызываемое сродством, сопровождается выделением тепла. Окончательный результат выразится разностью количеств теплоты, поглощенной при дисгрегации частиц льда или плавлении его, и теплоты соединения спирта с водой. Так как первая превосходит в данном случае вторую, то получается охлаждение смеси. Сосуд, в котором производится смешивание, конечно, должен быть хорошо изолирован непроводниками теплоты, чтобы полнее утилизировать искусственный холод, и само смешивание производится как можно быстрее; для этого все твердые вещества, как то: лед, соли, должны быть хорошо измельчены. Температура смеси, наконец, достигнет своего minimum'a, при котором установится некоторое подвижное равновесие между частицами (и атомами) всех тел, находящихся в смеси. Подобное же объяснение относится и к другим смесям (см. ниже), содержащим лед и разбавленные серную, азотную и другие кислоты; для расчета количеств тепла и понижения температуры нужно знать теплоты соединения их с водой и теплоемкости получаемых растворов. Эти данные см. в ст. Термохимия. Приведенное общее объяснение явления охлаждения, очевидно, применимо и к растворению солей в воде, с той лишь разницей, что при растворении многих солей не столь ясно выражено химическое сродство между растворителем и растворяемым телом, как это, напр., имеет место при растворении спирта или серной кислоты в воде; но в настоящее время многими уже принят взгляд на растворы как на определенные химические соединения в состоянии диссоциации, в отношении же к употребительным в О. смесях солям эта теория особенно применима, так как большинство из них дает всем известные гидраты. Смеси солей и снега, само собой разумеется, дают охлаждение как результат дисгрегации соли, льда и теплот соединения. При смешении многих тел зараз с водой или снегом могут происходить уже более сложные явления, двойные разложений солей и пр. Как направятся реакции соединения и разложений в этом случае, это можно сказать на основании или уже известных в химии примеров, или на основании общего принципа термохимии, под которым мы разумеем обобщенный Гельмгольцем принцип Бертло (см. Обратимость химич. реакций).
Наиболее употребительные О. смеси (Landolt, "Physik. Tabelle").
Серная кислота H2SO4 + 2,874H2O (66,19 %) со снегом, по Пфаундлеру:
| 1 кг серной кисл. при | Темп. смеси | Темп. раств. по | Поглощ. тепла в |
| 0° Ц. | minimum. Ц. | растаянии льда | больших калор. |
|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| С 1,097 кг снега | —37° | —37° | 0 |
|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,98 " " | —32 | —16,5 | 73 |
|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 3,54 " " | —27 | —8,6 | 264 |
|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 6,00 " " | —22 | —3,9 | 407 |
|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 11,76 " " | —17 | —2,3 | 867 |
Хлористый кальций крист. со снегом
| 1 кг соли при 0° | Темп. смеси падает | Поглощ. тепла в |
| | до | больших калориях |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| С 0,39 кг снега | —4,3 | 52,8 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 0,43 " " | —10,6 | 51,9 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 0,49 " " | —19,7 | 49,5 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 0,61 " " | —39,0 | 40,3 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 0,70 " " | —54,9 | 30,0 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 0,81 " " | —40,3 | 46,8 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,19 " " | —22,7 | 88,5 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 2,46 " " | —8,1 | 213,1 |
Смесь азотно-аммиачной соли с снегом
| 1 кг соли при 0° | Темп. смеси падает | Поглощ. тепла в больш. кал. |
| | до | |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| С 0,94 кг снега | —40 | 122,2 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,04 " " | —8 | 125,1 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,14 " " | —12 | 128,0 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,26 " " | —16 | 129,5 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,31 " " | —17,5 | 131,9 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 1,49 " " | —16 | 145,3 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 2,20 " " | —12 | 209,8 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 3,61 " " | —8 | 327,0 |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " 7,82 " " | —4 | 675,0 |
Смеси солей со снегом. 100 частей сухого снега, смешанные с мелко — истолченной солью:
| | | Темп. падает до |
|---------------------------------------------------------------------------------------|
| Серно-калиевая соль К2SO | 10 ч. | —1,9° Ц. |
| 4 | | |
|---------------------------------------------------------------------------------------|
| Сода Na2СО3 x 10Н2O | 20 " | —2,0 |
|---------------------------------------------------------------------------------------|
| Селитра калиевая KNO3 | 13 " | —2,85 |
|---------------------------------------------------------------------------------------|
| Нашатырь NH4Cl | 25 " | —15,4 |
|---------------------------------------------------------------------------------------|
| Поваренная соль NaCl | 33 " | —21,3 |
О смесях азотно-аммиачной соли с водой см. Лед искусственный.
| Смеси соли с водой | 100 частей | Температура падает |
| | воды с |-----------------------------------------------------|
| | | от | до | на |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Уксусно-натровая соль, крист. | 85 ч. соли | +10,7° | —4,7 | 15,4° Ц. |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Нашатырь | 30 " " | +13,3 | —5,1 | 18,4 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Селитра натр. | 75 " " | +13,2 | —5,3 | 18,5 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Серноватисто-натровая соль, крист. | 110 " " | +10,7 | —8,0 | 18,7 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Йодистый калий | 140 " " | +10,8 | —11,7 | 22,5 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Хлористый кальций, крист. | 250 " " | +10,8 | —12,4 | 23,3 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Роданистый аммоний | 133 " " | +13,2 | —18,0 | 31,2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| " калий | 150 " " | +10,8 | —23,7 | 34,7 |
Н. А. Смирнов. Δ.
