Охладительные смеси — растворение как средство для получения искусственного холода применялось, по-видимому, издавна; так, например, римляне для охлаждения вина пользовались растворением селитры в воде. Этот же способ охлаждения вновь был применен физиком Blasius Villafranca в Риме в 1550 г. О более сильном охлаждении упоминает Latinus Tancredus в Неаполе в 1607 г.; он брал смесь снега с селитрой; наконец, о смеси толченого льда и поваренной соли упоминается Санторио в 1626 г. Эта же смесь, вероятно, применялась для замораживания жидкостей, а также покойников народом, называемым эстонским, как это приводит христианский писатель V века Орозий. В наше время О. смеси применяются в домашнем быту, в лабораториях и вообще там, где не требуется очень сильное и продолжительное охлаждение. Для последнего и для заводских целей наука и экономический расчет создали более могущественные средства искусственного охлаждения (см. Лед искусственный). О. смесей очень много, так как вообще всякая химическая реакция (в том числе и растворение), совершающаяся с поглощением тепла, может служить для охлаждения; применение той или другой О. смеси зависит от того, что имеется под руками, и от желаемого понижения температуры. Можно объяснить себе в общих чертах причину охлаждения при употреблении О. смесей. Возьмем, например, смесь снега и алкоголя; 73 вес. части снега и 77 ч. алкоголя, взятого около 4° Ц., будучи смешаны, охлаждаются до —30°. Явление в целом представляет собой растворение твердого тела — льда в спирте. Лед, как и всякое тело, твердое или жидкое, представляет собой систему молекул, обладающих колебательными движениями (тепловыми) и в то же время находящихся в сфере взаимного притяжения; покуда эта система остается в одном из состояний подвижного равновесия, физическое (и химическое) состояние тела остается неизменным. При соприкосновении частиц льда (или твердой воды) и спирта к системе сил, существующих между молекулами льда, прибавляются силы химического сродства спирта и воды; поэтому взаимное притяжение между частицами льда ослабевает, лед плавится; при этом силы, обусловливающие тепловое движение, могут произвести работу и ее производят на счет тепловой энергии смеси (теплота переходит в работу); теплота поглощается. В то же время соединение спирта с водой, вызываемое сродством, сопровождается выделением тепла. Окончательный результат выразится разностью количеств теплоты, поглощенной при дисгрегации частиц льда или плавлении его, и теплоты соединения спирта с водой. Так как первая превосходит в данном случае вторую, то получается охлаждение смеси. Сосуд, в котором производится смешивание, конечно, должен быть хорошо изолирован непроводниками теплоты, чтобы полнее утилизировать искусственный холод, и само смешивание производится как можно быстрее; для этого все твердые вещества, как то: лед, соли, должны быть хорошо измельчены. Температура смеси, наконец, достигнет своего minimum’a, при котором установится некоторое подвижное равновесие между частицами (и атомами) всех тел, находящихся в смеси. Подобное же объяснение относится и к другим смесям (см. ниже), содержащим лед и разбавленные серную, азотную и другие кислоты; для расчета количеств тепла и понижения температуры нужно знать теплоты соединения их с водой и теплоемкости получаемых растворов. Эти данные см. в ст. Термохимия. Приведенное общее объяснение явления охлаждения, очевидно, применимо и к растворению солей в воде, с той лишь разницей, что при растворении многих солей не столь ясно выражено химическое сродство между растворителем и растворяемым телом, как это, напр., имеет место при растворении спирта или серной кислоты в воде; но в настоящее время многими уже принят взгляд на растворы как на определенные химические соединения в состоянии диссоциации, в отношении же к употребительным в О. смесях солям эта теория особенно применима, так как большинство из них дает всем известные гидраты. Смеси солей и снега, само собой разумеется, дают охлаждение как результат дисгрегации соли, льда и теплот соединения. При смешении многих тел зараз с водой или снегом могут происходить уже более сложные явления, двойные разложений солей и пр. Как направятся реакции соединения и разложений в этом случае, это можно сказать на основании или уже известных в химии примеров, или на основании общего принципа термохимии, под которым мы разумеем обобщенный Гельмгольцем принцип Бертло (см. Обратимость химич. реакций).
Наиболее употребительные О. смеси (Landolt, «Physik. Tabelle»).
Серная кислота H2SO4 + 2,874H2O (66,19 %) со снегом, по Пфаундлеру:
| 1 кг серной кисл. при 0° Ц. |
Темп. смеси minimum. Ц. |
Темп. раств. по растаянии льда |
Поглощ. тепла в больших калор. |
|---|---|---|---|
| С 1,097 кг снега | —37° | —37° | 0 |
| » 1,98 » » | —32 | —16,5 | 73 |
| » 3,54 » » | —27 | —8,6 | 264 |
| » 6,00 » » | —22 | —3,9 | 407 |
| » 11,76 » » | —17 | —2,3 | 867 |
Хлористый кальций крист. со снегом
| 1 кг соли при 0° | Темп. смеси падает до |
Поглощ. тепла в больших калориях |
|---|---|---|
| С 0,39 кг снега | —4,3 | 52,8 |
| » 0,43 » » | —10,6 | 51,9 |
| » 0,49 » » | —19,7 | 49,5 |
| » 0,61 » » | —39,0 | 40,3 |
| » 0,70 » » | —54,9 | 30,0 |
| » 0,81 » » | —40,3 | 46,8 |
| » 1,19 » » | —22,7 | 88,5 |
| » 2,46 » » | —8,1 | 213,1 |
Смесь азотно-аммиачной соли с снегом
| 1 кг соли при 0° | Темп. смеси падает до |
Поглощ. тепла в больш. кал. |
|---|---|---|
| С 0,94 кг снега | —4° | 122,2 |
| » 1,04 » » | —8 | 125,1 |
| » 1,14 » » | —12 | 128,0 |
| » 1,26 » » | —16 | 129,5 |
| » 1,31 » » | —17,5 | 131,9 |
| » 1,49 » » | —16 | 145,3 |
| » 2,20 » » | —12 | 209,8 |
| » 3,61 » » | —8 | 327,0 |
| » 7,82 » » | —4 | 675,0 |
Смеси солей со снегом. 100 частей сухого снега, смешанные с мелко истолченной солью:
| Темп. падает до | ||
|---|---|---|
| Серно-калиевая соль К2SO4 | 10 ч. | —1,9° Ц. |
| Сода Na2СО3 x 10Н2O | 20 » | —2,0 |
| Селитра калиевая KNO3 | 13 » | —2,85 |
| Нашатырь NH4Cl | 25 » | —15,4 |
| Поваренная соль NaCl | 33 » | —21,3 |
О смесях азотно-аммиачной соли с водой см. Лед искусственный.
| Смеси соли с водой | 100 частей воды с |
Температура падает | ||
|---|---|---|---|---|
| от | до | на | ||
| Уксусно-натровая соль, крист. | 85 ч. соли | +10,7° | —4,7 | 15,4° Ц. |
| Нашатырь | 30 » » | +13,3 | —5,1 | 18,4 |
| Селитра натр. | 75 » » | +13,2 | —5,3 | 18,5 |
| Серноватисто-натровая соль, крист. | 110 » » | +10,7 | —8,0 | 18,7 |
| Йодистый калий | 140 » » | +10,8 | —11,7 | 22,5 |
| Хлористый кальций, крист. | 250 » » | +10,8 | —12,4 | 23,3 |
| Роданистый аммоний | 133 » » | +13,2 | —18,0 | 31,2 |
| » калий | 150 » » | +10,8 | —23,7 | 34,7 |