Kältemischung

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Als Kältemischung werden Mischungen von Substanzen bezeichnet, die zum Entziehen von Wärme verwendet werden.

Die Wirkung der Kältemischung nutzt drei Effekte.

  • Der Lösungsvorgang von Stoff A in Stoff B kann endotherm sein.
  • Die kühlende Substanz unterliegt einem Phasenübergang, die erreichbare Temperatur ist dann die Phasenübergangstemperatur.
  • Durch die Beimengung eines Additivs kann der Schmelzpunkt eines Stoffes stark abgesenkt werden. Die physikalischen Ursachen dieses Effektes sind im Artikel Schmelzpunkterniedrigung erläutert.

Im Unterschied zu Kältemitteln sind die meisten Kältemischungen in getrennter Form ohne Druckbehälter lagerbar. Daher werden Kältemischungen häufig dann verwendet, wenn ohne Kältemaschine mit einfachen Mitteln tiefe Temperaturen erzeugt und kurzzeitig gehalten werden sollen (z. B. im Labor).

Als Verfahren zur mechanischen Herstellung von Kälte und Kältemittel noch unbekannt waren, vor 1860 also, verwendete man Kältemischungen, um Kälte künstlich herzustellen.[1]

Kältemischungen mit Salzen[Bearbeiten]

Zusammensetzung Min. Temperatur (°C)[2]
100 g Wasser + 100 g Eis 0
100 g Wasser + 75 g NaNO3 −5,3
100 g Wasser + 140 g KI −12
100 g Wasser + 133 g NH4SCN −18
100 g Eis + 33 g NaCl −21
100 g Eis + 143 g CaCl2 · 6 H2O −50
Ethanol + CO2 (fest) −72
Diethylether + CO2 (fest) −77
Aceton + N2 (flüssig) −77

Kältemischungen von Salzen mit Wasser oder Wassereis nutzen die endothermen Wärmeeffekte beim Lösen von Substanzen zur Kühlung oder auch die Absenkung des Schmelzpunktes des Eises.

Die Temperaturänderung beim Lösen ergibt sich aus der Energie, die zum Auflösen des Ionengitters der Salze nötig ist und der Hydratisierungsenergie, die beim Lösen frei wird. Bei Salzen mit einer größeren Gitterenergie als Hydratisierungsenergie entzieht die Mischung der Umgebung die fehlende Energie, die Lösung kühlt sich ab.

Kältemischungen von Salzen im Wasser können Temperaturen von bis zu −16 °C erreichen. Bessere Ergebnisse werden bei Mischungen mit Wassereis erreicht, bis zu −40 °C. Durch das Mischen mit Eis addiert sich die Abkühlung durch das Schmelzen des Eises und das anschließende endotherme Lösen des Salzes im Schmelzwasser.

Kältemischungen mit Trockeneis[Bearbeiten]

Kältemischungen mit Trockeneis können Temperaturen von bis zu −78 °C erreichen. Das Trockeneis sublimiert und entzieht die nötige Sublimationswärme der Lösung, sodass sich die Kältemischung abkühlt. Verwendet wird Trockeneis in Ethanol (bis −72 °C), in Diethylether (bis −77 °C) und in Chloroform (bis −77 °C).[2]

Kältemischungen mit flüssigem Stickstoff[Bearbeiten]

Kältemischungen mit flüssigem Stickstoff können theoretisch Temperaturen von bis zu −196 °C erreichen. Die erreichbare Temperatur hängt von dem Schmelzpunkt des verwendeten Lösungsmittels ab, sobald dieses gefriert, ist die mögliche Endtemperatur erreicht. Die Temperatur kann durch Nachfüllen von flüssigem Stickstoff konstant gehalten werden.[2]

Literatur[Bearbeiten]

  • Heinz G. O. Becker, Werner Berger und Günter Domschke: Organikum. 22. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 978-3-527-31148-4. S. 16

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Ferdinand Fischer: Über die Herstellung von Eis. In: Polytechnisches Journal. 224, 1877, S. 165–174.
  2. a b c Eintrag zu Kältemischungen. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. Januar 2015.