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冷却混合物とは、化学系における2つ以上の相の混合物であり、平衡化の過程でいずれの相も完全に消費されない限り、混合前の各相の開始温度や混合比率に依存しない平衡温度に達する混合物のことである。
例えば、液体の水と氷は、0 °C (32 °F)で冷熱混合物を形成します。1954 年以前は、この性質がセルシウス目盛のゼロ点を定義するために使用されていました。[ 1 ] : 5, 11 [ a ]
塩化アンモニウム、水、氷の混合物は、約-15.5 °C (4 °F)で冷熱混合物を形成し、[ b ]塩化ナトリウム、水、氷 の混合物は、-22 °C (-8 °F)で冷熱混合物を形成します。[ 2 ]これらの混合物は、もともと華氏目盛のゼロ点を定義するために使用されていました。ジョン・アルバート・ニュートン・フレンドは、華氏自身はこれらの混合物が異なる温度を示すことに気づいていなかったと示唆しています。[ 2 ]
冷混合物の存在は、ギブスの相律の結果として捉えることができます。ギブスの相律は、平衡状態における成分数、共存する相数、および不均一平衡の条件によって許容される自由度数の関係を記述するものです。具体的には、一定の大気圧下で、C 個の線形独立な化学成分を含む系において、平衡状態でC + 1個の相が存在すると指定されている場合、その系は完全に決定されます（自由度はありません）。つまり、すべての相の温度と組成が決定されます。したがって、例えば、2 つの成分を持つ化学系 H 2 O-NaCl では、大気圧下で液体、氷、およびハイドロハライトの 3 つの相が同時に存在できるのは、-21.2 °C という唯一の温度に限られます。 冷熱混合物の平衡状態への到達は、平衡状態への到達に伴う熱力学的ポテンシャルの低下に対応するために相比率が調整される際に、潜熱が顕熱に変換されることによって引き起こされる自発的な温度変化を伴う。
冷感混合物の他の例としては、次のものがあります。[ 3 ]
冷却混合物を用いることで、周囲温度よりも低い温度を再現性よく維持できる液体媒体を得ることができる。このような混合物は温度計の校正に用いられてきた。化学においては、冷却浴を用いることで、強い発熱反応の温度を制御することができる。
冷却混合物は、機械式冷凍の代替として使用できます。たとえば、2 つの機械加工された金属部品を接合する場合、一方の部品を冷却混合物に入れると、収縮して冷却されていないもう一方の部品に簡単に挿入できます。温めると、2 つの部品がしっかりと固定されます。もう 1 つの例としては、19 世紀後半に魚の冷凍および冷蔵保存に使用されたパイパー法があります。[ 5 ]
酸塩基スラッシュの使用に依存する混合物は、融点降下剤の溶解エンタルピーが水自体の融解エンタルピー (ΔH 6.02 kJ/mol) よりかなり大きい場合が多い (例えば KOH の場合は ΔH -57.61 kJ/mol) ため、融点基準の作成以外に実用的な価値は限られています。参考までに、NaCl の溶解の ΔH は 3.88 kJ/mol です。[ 6 ]この結果、目的の温度での正味の冷却能力はほとんどなく、最終的な混合物の温度は開始時よりも高くなります。表に記載されている値は、まず予冷してから、各混合物を前の温度増分の混合物で囲んで混合することによって得られます。混合物は互いに「積み重ねる」必要があります。[ 7 ] [ 4 ] [ 8 ]
このような酸性・塩基性のスラッシュは腐食性があるため、取り扱いに問題が生じます。さらに、冷媒を追加するたびに混合物の体積が増加するため、容易に補充できません。容器（浴槽または冷却フィンガー）は、溢れを防ぐために最終的には空にして補充する必要があります。そのため、容器を空にする際に冷却面が存在しないため、これらの混合物は合成用途にはほとんど適していません。