1.4J: Baños de enfriamiento

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En ocasiones una solución puede necesitar ser enfriada: para minimizar la evaporación de líquidos volátiles, inducir la cristalización, o para favorecer cierto mecanismo de reacción. Para ciertas aplicaciones se utilizan varios baños fríos, siendo el más simple un baño de hielo. Al preparar un baño de hielo, es importante usar una mezcla de hielo y agua, ya que una suspensión de hielo-agua tiene mejor contacto superficial con un matraz que el hielo solo.

En ocasiones se agregan sales al hielo para crear baños más fríos que\(0^\text{o} \text{C}\) (depresión del punto de congelación). También es bastante común enfriar un solvente con hielo seco (sólido\(\ce{CO_2}\)) para lograr baños dramáticamente más fríos. En baños de hielo seco, se agrega hielo seco al disolvente hasta que queda una porción de hielo seco. El baño de hielo seco más común se hace con acetona y hielo seco, y logra un baño frío de\(-78^\text{o} \text{C}\). Otros baños fríos se muestran en la Tabla 1.8.

Cuadro 1.8: Baños fríos de uso común. \(^9\)
Composición de Baño Frío	T\(\left( ^\text{o} \text{C} \right)\)
\(36 \: \text{g}\)\(\ce{NaCl}\)+\(100 \: \text{g}\) hielo	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-10.0
\(75 \: \text{g}\)\(\ce{NaNO3}\)+\(100 \: \text{g}\) hielo	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-5.3
\(66 \: \text{g}\)\(\ce{NaBr}\)+\(100 \: \text{g}\) hielo	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-28
Acetonitrilo + hielo seco	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-40
Acetona + hielo seco	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-78
Acetato de etilo + hielo seco	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-84
Hexano + hielo seco	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-95
Metanol + hielo seco	\ (\ izquierda (^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\) ">-98

Los baños de hielo se pueden hacer en recipientes Tupperware, vasos de precipitados o casi cualquier recipiente (Figura 1.57a). Los baños más fríos de lo que\(-10^\text{o} \text{C}\) deben hacerse en un recipiente aislante o bien no se pueden manejar fácilmente y perderán calor demasiado rápido a la habitación. El recipiente de baño frío más común es un Dewar de boca ancha (Figura 1.57b), que tiene una camisa de vacío entre el baño y el exterior. Se puede hacer un baño aislante casero económico anidando dos platos de cristalización, llenando el hueco con vermiculita (un material de empaque) y sellando el hueco con calafateo de silicona (Figura 1.57c).

Figura 1.57: Baños fríos: a) suspensión de hielo-agua, b) un Dewar al vacío, c) un baño aislante casero.

Nota de seguridad: El hielo seco no debe manejarse con las manos desnudas o de lo contrario podría congelarse. También evita el contacto directo con baños más fríos que\(-10^\text{o} \text{C}\).

\(^9\)J. A. Dean, Manual de Química de Lange, 15\(^\text{th}\) ed., McGraw-Hill, 1999, Secc 11.1.