Mezcla frigorífica

Una mezcla frigorífica es una mezcla de dos o más fases en un sistema químico que, siempre que ninguna de las fases se consuma por completo durante el equilibrio, alcanza una temperatura de equilibrio que es independiente de la temperatura inicial de las fases antes de ser mezcladas, e independiente de las proporciones en las que fueron mezcladas.

El agua líquida y el hielo, por ejemplo, forman una mezcla frigorífica a 0 °C (32 °F) . Antes de 1954, esta propiedad se utilizaba para definir el punto cero de la escala Celsius . ^{[ 1 ] : 5, 11 [ a ]}  

Una mezcla de cloruro de amonio , agua y hielo forma una mezcla frigorífica a aproximadamente −15,5 °C (4 °F) ^{[ b ]} y una mezcla de cloruro de sodio , agua y hielo forma una mezcla frigorífica a −22 °C (−8 °F) ^{[ 2 ]} . Estas mezclas se utilizaron originalmente para definir el punto cero de la escala Fahrenheit ; John Albert Newton Friend sugiere que Fahrenheit desconocía que producían temperaturas diferentes ^{[ 2 ] .}    

La existencia de mezclas frigoríficas puede considerarse una consecuencia de la regla de fases de Gibbs , que describe la relación en equilibrio entre el número de componentes , el número de fases coexistentes y el número de grados de libertad permitidos por las condiciones de equilibrio heterogéneo. Específicamente, a presión atmosférica constante, en un sistema que contiene C componentes químicos linealmente independientes , si se especifica la presencia de C + 1 fases en equilibrio, entonces el sistema está completamente determinado (no hay grados de libertad). Es decir, la temperatura y las composiciones de todas las fases están determinadas. Así, por ejemplo, en el sistema químico H₂O _- NaCl, que tiene dos componentes, la presencia simultánea de las tres fases líquido, hielo e hidrohalita , a presión atmosférica, solo puede existir a la temperatura única de –21,2 °C. La aproximación al equilibrio de una mezcla frigorífica implica un cambio de temperatura espontáneo impulsado por la conversión de calor latente en calor sensible a medida que las proporciones de las fases se ajustan para acomodar la disminución del potencial termodinámico asociada con la aproximación al equilibrio.

Otros ejemplos de mezclas frigoríficas incluyen: ^{[ 3 ]}

Una mezcla refrigerante puede utilizarse para obtener un medio líquido con una temperatura reproducible inferior a la ambiente. Dichas mezclas se utilizaban para calibrar termómetros . En química, un baño de enfriamiento puede emplearse para controlar la temperatura de una reacción fuertemente exotérmica .

Una mezcla frigorífica puede utilizarse como alternativa a la refrigeración mecánica . Por ejemplo, para unir dos piezas metálicas mecanizadas, una de ellas se coloca en una mezcla frigorífica, lo que provoca su contracción para que pueda insertarse fácilmente en la segunda pieza sin enfriar; al calentarse, ambas piezas quedan firmemente unidas. Otro ejemplo es el proceso Piper, utilizado en la segunda mitad del siglo XIX para la congelación y el almacenamiento en frío de pescado. ^{[ 5 ]}

Las mezclas que dependen del uso de lodos ácido-base tienen un valor práctico limitado más allá de producir referencias de punto de fusión, ya que la entalpía de disolución del depresor del punto de fusión suele ser significativamente mayor (p. ej., ΔH -57,61 kJ/mol para KOH) que la entalpía de fusión del agua misma (ΔH 6,02 kJ/mol); como referencia, ΔH para la disolución de NaCl es 3,88 kJ/mol. ^{[ 6 ]} Esto resulta en una capacidad de enfriamiento neta mínima o nula a las temperaturas deseadas y una temperatura final de la mezcla que es más alta que la inicial. Los valores indicados en la tabla se producen preenfriando primero y luego combinando cada mezcla subsiguiente con ella rodeada por una mezcla del incremento de temperatura anterior; las mezclas deben estar "apiladas" una dentro de la otra. ^{[ 7 ] [ 4 ] [ 8 ]}

Estas mezclas ácido-base son corrosivas y, por lo tanto, presentan problemas de manipulación. Además, no se pueden reponer fácilmente, ya que el volumen de la mezcla aumenta con cada adición de refrigerante; el recipiente (ya sea un baño o un dedo frío ) eventualmente deberá vaciarse y rellenarse para evitar que se desborde. Esto hace que estas mezclas sean en gran medida inadecuadas para su uso en aplicaciones sintéticas, ya que no habrá una superficie de enfriamiento presente durante el vaciado del recipiente.

• Baño de enfriamiento