ОХЛАЖДЕНИЕ
Иногда в лаборатории приходится вести охлаждение до температур ниже O0C Для этих целей пользуются так называемыми охлаждающими смесями.
Имеется немало различных рецептов изготовления таких смесей. Наиболее распространенными и легко доступными являются следующие охлаждающие смеси.
1. Смешивают 3 части снега или толченого льда с 1 частью поваренной соли. Эта охлаждающая смесь может дать температуру —21° С. Когда нужна более высокая температура, можно изменять соотношение соли и льда. Иногда сосуд с раствором обкладывают льдом или снегом, посыпав их ролью.
Ниже приводятся температуры, которые можно получить, изменяя соотношение соли и льда:
* 2. Смешивают 1,5 ч. хлористого кальция (СаСl2* 6H2O) с 1 частью снега. Эта смесь может дать температуру до —55° С.
3. Смешивают концентрированную серную кислоту со снегом.
4. Смешивают твердую углекислоту (сухой лед) и диэтиловый эфир; температура смеси может достигать —78 0C Вместо эфира можно применять ацетон или даже денатурат.
5. Смешивают 1 часть азотнокислого аммония с 1 частью снега. Достигаемое охлаждение до —2O 0C.
Для достижения очень аизких температур иногда применяют сжиженные газы, из которых раньше широко применялся жидкий воздух и жидкий кислород, Одйако в настоящее время для этих целей разрешается пользоваться только проверенным жидким азотом, не содержащим примесей. Это вызвано тем, что жидкий воздух и — жидкий кислород могут пропитывать пористые материалы (уголь, сажу, вату, шерсть, опилки и т. д.), а также замороженные масла, керосин, бензин и др. горючие жидкости, образуя с ними взрывоопасные вещества.
По этой же причине запрещено применять жидкий воздух и жидкий кислород для охлаждения ловушек на вакуумных системах с паромасляными насосами.
Жидкие газы, в том числе и жидкий азот, хранят и перевозят в так называемых сосудах Дьюара.-
Рис. 467. Стеклянные сосуды Дьюара
Они представляют собой двухстенные сосуды, стеклянные или металлические, у которых пространство между стенками эвакуировано. Для защиты от теплоизлучения внутренние стенки сосудов посеребрены или покрыты медью, чтобы зеркальная поверхность отражала лучи. Иногда в продольном направлении, если только это возможно, в зеркале оставляют свободную щель, через которую можно видеть внутренность сосуда.
Сосуды Дьюара бывают двух форм (рис. 4+37) цилиндрические, на деревянной подставке, емкостью от 250 до 3700 см3, внутренним диаметром от 40 до 120 мм и высотой от 240 до 415 лш; шарообразные, в защитном проволочном или металлическом кожухе, емкостью от 5Ш до 50M) см3, высотой от 225 до 400 мм, наружным диаметром от 120 до 245 мм и высоким узким торлом диаметром от 20 до 50 мм
Сосуды Дьюара из металла особенно удобны для перевозки и хранения жидких газов (рис. 468).
К металлическим сосудам Дьюара предъявляют очень высокие требования: они должны иметь хорошую теплоизоляцию, быть механически прочными, простыми в пользовании и удобными как для заполнения, так и опорожнения сосуда.
Эти сосуды состоят из двух концентрически расположенных один в другом шаров (рис. 469). Пространство между шарами эвакуировано и заполнено адсорбентом,
поглощающим газы, которые с течением времени могут просачиваться через металлические стенки. Давление’ в эвакуированном пространстве должно быть менее Ш-4 мм рт. ст. Оба шара имеют узкие длинные горла, соединенные между собой в верхней части так, что внутренний шар может свободно качаться во внешнем. Для того чтобы предотвратить переход тепла, горло должно быть изготовлено из материала с очень низкой теплопроводностью. Кроме того, внутреннюю поверхность малого шара покрывают серебряным зеркалом.
Двухстенный сосуд имеет защитную оболочку из оцинкованной жести, иногда его покрывают с алюминиевой бронзой для улучшения отражения тепловых лучей, Горло сосуда Дьюара неплотно закрывают колпаком, не препятствующим улетучиванию испаряющегося газа. Как правило, сосуд, заполненный жидким газом, нельзя плотно закрывать твердой, непроницаемой для газов пробкой. Наполненный газом сосуд чувствителен к механическим воздействиям, это необходимо учитывать при его перевозке. У поврежденного сосуда скорость испарения жидких газов всегда повышена.
О зависимости количества испаряющегося из сосудов жидкого кислорода от объема сосудов при перевозке можно судить по следующим данным:
Отсюда следует, что для перевозки и хранения жидких газов целесообразно применять сосуды большой емкости.
Для хранения и перевозки жидких неона и водорода, имеющих малую теплоту испарения, нужны особые приспособления для изоляции и охлаждения. На рис. 470 показана конструкция сосуда, охлаждаемого испаряющимися жидкими , газами, образующими защитный слой в дополнительном вакуумиро-ванном пространстве. Сосуд с полезной емкостью 2,7 л в результате испарения теряет в 1 ч: N2—0,3, Ne —0,4, H2-0,6, Не-1,0%.
Наполнение стеклянных сосудов Дьюара жидкими газами связано с опасностью взрыва. Для предотвращения несчастных случаев при взрыве необходимо пользоваться защитными очками или защитной ширмой.Особую осторожность следует соблюдать при наполнении сосуда Дьюара в первый раз. Совершенно недопустимо, чтобы капли жидкого газа оставались на верхнем крае сосуда, так как спаи стекла особенно чувствительны к разнице температур. Вначале в сосуд наливают незначительное количество жидкого газа и ждут когда движение жидкости на дне сосуда прекратится.
Затем легкими кругообразными движениями сосуда Дьюара добиваются того, чтобы вся внутренняя стенка сосуда постепенно охладилась до низкой температуры. Только после этого осторожно проводят дальнейшее наполнение. Более безопасным методом является передав-ливание жидких газов нагнетанием воздуха при помощи резиновой груши.
Чтобы предотвратить взрыв при перемешивании сосуда Дьюара с холодильной смесью из CO2 и органической жидкости, который возможен’вследствие замерзания последней на стенках и дне сосуда, рекомендуется предварительно до помещения холодильной смеси, обрызгивать внутреннюю поверхность сосуда силиконовым аэрозолем.
О кристаллизации см. Б е р л и и А. Я., Техника лабораторных работ в органической химии, Госхимиздат, 1952; Физер Л., Лин-с т е д Р., Современные методы эксперимента в органической химии, Госхимиздат, 1960.
О лабораторном рекристаллнзаторе для очистки неорганических веществ см. Soderholm L. G., Design News, 16, № 12, 4 (1961); РЖХим, 1962, реф. 5Е109.
О физико-химических основах кристаллизации см. Lager L., Sb. praci anorg. chem., № 4,.1 (1960); РЖХим, 1962, реф. 9Б453.
О кристаллизации из растворов см. MyI J., Sb. praci anorg. chem., № 4, 21 (1960); РЖХим, 1962, реф. 9Б455.
О ползучести кристаллизующихся солей. KoI a row N.. Mo-natschr. Chem., 93, № 4, 851 (1962); РЖХим, 1964, 2Б237.
О приборе для перекристаллизации солей в отсутствие кислорода воздуха см. Заводное С. С, Гидрохим. материалы, 35, 200 (1963); РЖХнм, 1964, 5Д13.
О непрерывной кристаллизации в колонках см. S с h i 1 d к-necht H., Ma a s К., Warme, 69, № 4, 121 (1963); РЖХим, 1964, 6Д71..
; О расчетах, связанных с перекристаллизацией, см. Гинзбург В. Д., Труды Вологод. молочн. нн-та, вып. 48, 241 (1963); РЖХнм, 1965, 13АЭ77.
Хладоагенты для низкотемпературных бань описал Rondeau R. E., J. Chem. und Eng. Data, 11, № 1, 124 (1966); РЖХим, 1966, 16Д29.
Об аппаратуре для кристаллизации и фильтрования в инертной атмосфере см. Kowala С, Chem. a. Ind., № 25, 1029 (1966); РЖХим, 1966, 24Д32.
Об усовершенствованных стеклянных сосудах Дьюара для низкотемпературных исследований см. Nat. Bur. Standards Techn. News Bull., 42, № 6, 69 (19032); РЖХим, 1963, реф. 4Д21.
Об усовершенствовании сосудов Дьюара для низкотемпературных исследований см. Lorant M., Chem. Rundschau, 16, № 6, 167 (1963); РЖХим, 1964, 2Д41.
Источник
Охлаждающие смеси
Получение низкой температуры
Получение низкой температуры можно добиться даже в домашних условиях, приготовив охлаждающую смесь.
Охлаждающие смеси — это такие смеси, которые состоят из реагентов, при смешивании которых происходит понижение температуры смеси. Чтобы приготовить охлаждающие смеси, обычно используют раствор соли в воде или раствор соли и снега. На языке химии происходит эндотермическая реакция, то есть реакция с поглощением окружающего тепла.
Рассмотрим подробнее охлаждающие смеси.
Для получения низкой температуры, часто пользуются смесью соли и воды или снега. При смешиваии А ч соли с 100 мл воды произойдет понижение температуры на T1, если взять В соли и снег или лед, то температура понизится до Т2.
| Соль | А,г. | Т1 | В,г. | Т2 |
| CaCl2 | 126,9 | 23,2 | 42,2 | -55 |
| CH3COONa | 51,1 | 15,4 | — | — |
| FeCl3 | — | — | 49,7 | -55 |
| KCl | 30 | 12,6 | 30 | -11,1 |
| KNO3 | — | — | 13 | -2,9 |
| K2SO4 | — | — | 13 | -2,9 |
| MgCl2 | — | — | 27,5 | -33,6 |
| MgSO4 | 41,5 | 8,0 | 23,4 | -3,9 |
| NaCl | 36 | 2,5 | 30,4 | -21,2 |
| Na2CO3 | 14,8 | 9,1 | 6,3 | -2,1 |
| NaNO3 | 75 | 18,5 | 59 | -18,5 |
| Na2S2O3 | 70 | 18,7 | 42,8 | -11 |
| NH4Cl | 30 | 18,4 | 25 | -15,8 |
| NH4NO3 | 60 | 27,2 | 45 | -17,3 |
| (NH4)2SO4 | 75 | 6,4 | 62 | -19 |
Есть ещё экзотермическая реакция, — химическая реакция, при которой теплота и энергия выделяется (например — горение — это химическая реакция присоединения кислорода)
Существуют химические законы, которые позволяют рассчитывать тепловой эффект реакций. Рассчёты при всех термохимических реакциях должны приводиться к стандартным условиям (то есть 25 0 С и давлению 10 5 Па с учётом концентрации 1 моль/литр растворов).
Если в процессе химической реакции тепло выделяется, то ставится знак «+», если поглощается, то знак «-«. Вот, например, в реакции
C + S →CS2 — 88,7 кДж
углерод взаимодействует с серой с образованием сульфида углерода, при этом поглощается 88,7 кДж теплоты. Ниже приведена таблица, показывающая количества теплоты образования некоторых веществ
Источник
РЕЦЕПТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩИХ РАСТВОРОВ
Для охлаждения некоторых растворов в лаборатории приходится готовить «охлаждающие смеси». Имеется немало различных рецептов изготовления таких смесей. Наиболее распространенными и легко доступными являются следующие охлаждающие смеси.
1. Смешивают 3 вес. части снега или толченого льда с 1 частью поваренной соли (NaCl). Эта охлаждающая смесь может дать температуру -21oC. Когда нужна более высокая температура, то можно изменять соотношения соли и льда или сосуд с раствором окружить льдом или снегом, которые просто посыпать солью.
2. Смешивают 1,5 часть хлористого кальция (СаСl2 x 6H20) и 1 часть снега. Эта смесь может снизить температуру до -55oC.
3. Концентрированная серная кислота и снег.
4. Твердая углекислота (сухой лед) в смеси с эфиром ( C2H5.
Для охлаждения некоторых растворов в лаборатории приходится готовить «охлаждающие смеси». Имеется немало различных рецептов изготовления таких смесей. Наиболее распространенными и легко доступными являются следующие охлаждающие смеси.
1. Смешивают 3 вес. части снега или толченого льда с 1 частью поваренной соли (NaCl). Эта охлаждающая смесь может дать температуру -21oC. Когда нужна более высокая температура, то можно изменять соотношения соли и льда или сосуд с раствором окружить льдом или снегом, которые просто посыпать солью.
2. Смешивают 1,5 часть хлористого кальция (СаСl2 x 6H20) и 1 часть снега. Эта смесь может снизить температуру до -55oC.
3. Концентрированная серная кислота и снег.
4. Твердая углекислота (сухой лед) в смеси с эфиром ( C2H5OC2H5 ) имеет температуру -78oC. Вместо эфира можно применять ацетон или даже денатурат.
5. Смешивают 1 часть азотнокислого аммония с 1 часть снега. Достижимое охлаждение до -20oC.
Источник
Химический холодильник для походов и дачи
Вы взяли с собой в поход пиво, но по маршруту следования не оказалось ни ручья со студеной водой, и холод от походного холодильника закончился. Как быстро охладить пиво или другие напитки, и при этом не на пару градусов, как это делается за счет испарения, а так, чтобы реально остудить напиток и насладиться им жару? Для этого нужно брать с собой предельно компактный химический холодильник, который можно заранее подготовить и всегда иметь под рукой нужный заряд для охлаждения продуктов, замораживания ушибов и других нужд.
Холод поможет при: ушибах, растяжениях, переломах, вывихах, отеках, ожогах, укусах насекомых, тепловом ударе, возникновении воспалительных процессов, необходимости остановки кровотечения (из носа), необходимости охлаждения продуктов.
Способ получения химического холода
Для приготовления его необходима вода и аммиачная селитра – распространенное удобрение. Ее легко найдете в цветочном магазине, ее цена невысока, поэтому ваш срочный холодильник будет рентабельным.
Массовая пропорция воды и селитры 60% на 40%, по объему получается 1:1. Размешиваем данную смесь в бутылке. При растворении в воде селитра поглощает большое количество тепла. Если соль при растворении понизит температуру на 3 градуса, то такое же количество селитры на 23 градуса! Холодильник химическим способом готов к использованию. Если на половину заполненную бутылку водой заморозить, а потом заполнить селитрой (измельчать не обязательно), то получим долгоиграющий источник холода.
Еще одна замечательная идея. В походе можно сделать холодильник из туристического коврика и бутылки со смесью. В нужный момент приводим в действие смесь и закутываем ее в коврик, а открытые концы закрываем тряпкой или запасной одеждой.
Использованную смесь, перед тем как вылить ее, нужно сильно разбавить водой, если вы не хотите нанести вред растениям.
Тут про термос, как его сделать из бутылки.
Опыт с холодом, созданным химическим путем
Смешай 100 г снега или льда с 33 г каменной соли – температура полученной смеси снизится до -20° С. Если ты перемешаешь 100 г снега или льда со 100 г азотнокислого калия, то температура смеси опустится до -30° С. Температура охлаждающей смеси, состоящей из 100 г снега (или льда) и 150 г гидрата хлористого калия доходит до -45° С. А как быть летом, когда нет снега и льда? В теплое время года можно воспользоваться такими химическими соединениями, которые, растворяясь в воде, поглощают тепло, способствуя тем самым снижению температуры воды до – 35° С. Разумеется, вода должна быть холодной, а указанные ниже соединения нужно брать в следующей пропорции (по весу) по отношению к воде:
хлористый аммоний 3
азотнокислый натрий 5
азотнокислый аммоний 10
сернистый натрий + соляная кислота 40
роданистый аммоний или калий 15
Во избежание больших потерь холода желательно приготовлять раствор в термосе.
Закончив работу, вылей раствор в чашку и удали из него воду методом выпаривания. Вещество, оставшееся после выпаривания, можно вновь использовать для опытов.
Источник