Un baño de enfriamiento o baño de hielo , en la práctica de química de laboratorio, es una mezcla líquida que se utiliza para mantener bajas temperaturas, normalmente entre 13 °C y -196 °C. Estas bajas temperaturas se utilizan para recoger líquidos después de la destilación , para eliminar disolventes mediante un evaporador rotatorio o para realizar una reacción química por debajo de la temperatura ambiente (véase Control cinético ).
Los baños de enfriamiento son generalmente de uno de dos tipos: (a) un fluido frío (particularmente nitrógeno líquido , agua o incluso aire ), pero más comúnmente el término se refiere a (b) una mezcla de 3 componentes: (1) un agente de enfriamiento (como hielo seco o hielo ); (2) un "portador" líquido (como agua líquida, etilenglicol , acetona , etc.), que transfiere calor entre el baño y el recipiente; (3) un aditivo para deprimir el punto de fusión del sistema sólido/líquido.
Un ejemplo conocido de esto es el uso de una mezcla de hielo y sal de roca para congelar el helado. Al agregar sal se reduce la temperatura de congelación del agua, lo que reduce la temperatura mínima que se puede alcanzar con solo hielo.
La mezcla de disolventes crea baños de enfriamiento con puntos de congelación variables. Se pueden mantener temperaturas de entre aproximadamente −78 °C y −17 °C colocando refrigerante en una mezcla de etilenglicol y etanol [1] , mientras que las mezclas de metanol y agua abarcan el rango de temperatura de −128 °C a 0 °C. [2] [3] El hielo seco sublima a −78 °C, mientras que el nitrógeno líquido se utiliza para baños más fríos.
A medida que el agua o el etilenglicol se separan de la mezcla por congelación, aumenta la concentración de etanol/metanol, lo que da lugar a un nuevo punto de congelación más bajo. Con hielo seco, estos baños nunca se congelarán en estado sólido, ya que tanto el metanol puro como el etanol se congelan por debajo de los -78 °C (-98 °C y -114 °C respectivamente).
En comparación con los baños de enfriamiento tradicionales, las mezclas de disolventes se adaptan a un amplio rango de temperaturas. Además, los disolventes necesarios son más económicos y menos tóxicos que los utilizados en los baños tradicionales. [1]
Un baño de hielo y agua mantendrá la temperatura a 0 °C, ya que el punto de fusión del agua es 0 °C. Sin embargo, si se añade una sal como el cloruro de sodio, la temperatura bajará gracias a la propiedad de descenso del punto de congelación . Aunque la temperatura exacta puede ser difícil de controlar, la relación de peso entre la sal y el hielo influye en la temperatura:
Como el hielo seco se sublima a -78 °C, una mezcla como acetona/hielo seco mantendrá la temperatura a -78 °C. Además, la solución no se congelará porque la acetona requiere una temperatura de aproximadamente -93 °C para comenzar a congelarse.
La Sociedad Química Americana señala [ cita requerida ] que los disolventes orgánicos ideales para utilizar en un baño de enfriamiento tienen las siguientes características:
En algunos casos, una simple sustitución puede dar resultados casi idénticos y, al mismo tiempo, reducir los riesgos. Por ejemplo, si se utiliza hielo seco en 2-propanol en lugar de acetona, se obtiene una temperatura casi idéntica, pero se evita la volatilidad de la acetona (véase el apartado Lectura adicional más abajo).