冷却浴

冷却浴または氷浴は、実験室化学の実践において、通常 13 °C から -196 °C の間の低温を維持するために使用される液体混合物です。これらの低温は、蒸留後に液体を収集したり、ロータリーエバポレーターを使用して溶媒を除去したり、室温以下で化学反応を実行したりするために使用されます (速度制御を参照)。

冷却槽は、一般的に次の 2 種類のいずれかです: (a) 冷たい流体 (特に液体窒素、水、または空気) — ただし、最も一般的には、この用語は (b) 3 つの成分の混合物を指します: (1) 冷却剤 (ドライアイスや氷など)、(2) 槽と容器の間で熱を伝達する液体「キャリア」(液体の水、エチレングリコール、アセトンなど)、(3) 固体/液体系の融点を下げる添加剤。

身近な例としては、アイスクリームを凍らせるために氷と岩塩の混合物を使用することが挙げられます。塩を加えると水の凍結温度が下がり、氷だけで達成できる最低温度が下がります。

溶媒を混合すると、凝固点が変化する冷却槽が作られます。エチレングリコールとエタノールの混合物に冷却剤を入れると、およそ -78 °C から -17 °C の間の温度を維持できます。 ^[1]一方、メタノールと水の混合物は-128 °C から 0 °C の温度範囲にわたります。^{[2] [3]} ドライアイスは-78 °C で昇華しますが、より低温の槽には液体窒素が使用されます。

水またはエチレングリコールが混合物から凍結すると、エタノール/メタノールの濃度が増加します。これにより、新しい低い凝固点が生じます。ドライアイスを使用すると、純粋なメタノールとエタノールはどちらも -78 °C (それぞれ -98 °C と -114 °C) 未満で凍結するため、これらの浴槽は完全に凍結することはありません。

従来の冷却浴と比較して、溶媒混合物は広い温度範囲に適応できます。さらに、必要な溶媒は従来の浴で使用されるものよりも安価で毒性も低いです。^[1]

水の融点は 0 °C なので、氷と水の入った浴槽の温度は 0 °C に保たれます。ただし、塩化ナトリウムなどの塩を加えると、凝固点降下という性質により温度が下がります。正確な温度を制御するのは難しいかもしれませんが、塩と氷の重量比が温度に影響します。

• 塩化カルシウム半水和物と氷の質量比が 1:2.5 の場合、-10 °C を達成できます。
• 塩化ナトリウムと氷の質量比が1:3の場合、-20℃を達成できます。^[要出典]

ドライアイスは-78 °C で昇華するため、アセトンとドライアイスの混合液は -78 °C を維持します。また、アセトンが凍結し始めるには約 -93 °C の温度が必要なので、溶液は凍結しません。

アメリカ化学会は、冷却浴で使用する理想的な有機溶媒には次のような特性があると 述べています^{[要出典] 。}

1. 無毒の蒸気。
2. 粘度が低い。
3. 不燃性。
4. ボラティリティが低い。
5. 適切な凝固点。

場合によっては、単純な代替品を使用することで、リスクを抑えながらほぼ同じ結果を得ることができます。たとえば、2-プロパノールでアセトンの代わりにドライアイスを使用すると、ほぼ同じ温度が得られますが、アセトンの揮発性は回避されます (以下の § 詳細情報を参照)。

• 冷却浴一覧
• ポンプ式氷技術

• ジョナサン・M・パーシー、クリストファー・J・ムーディ、ローレンス・M・ハーウッド（1998年）。実験有機化学：標準およびマイクロスケール。ブラックウェル出版。ISBN 978-0-632-04819-9。
• ウィルフレッド・ルイス・フロリオ・アルマレゴ、クリスティーナ・リー・リン・チャイ（2003年）。実験室化学物質の精製（第5版）。バターワース・ハイネマン。ISBN 978-0-7506-7571-0。
• Kenneth P. Fivizzani (2003)。アメリカ化学会による学術化学実験室の安全性、第 1 巻:大学生のための事故防止(第 7 版)。アメリカ化学会。ISBN 9780841238633。

• カーター研究グループ。「冷却浴」。オレゴン州立大学。
• AJ・マイクスナー。他。 「10.5.2 さまざまな凍結混合物」。ジーゲン大学。