Mélanges réfrigérants

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On a souvent besoin en chimie de refroidir un mélange réactionnel afin de ralentir ou arrêter une réaction, ou simplement car certaines réactions doivent se dérouler à basse température afin de ne pas être explosives ! De tels mélanges peuvent aussi servir à condenser et piéger des gaz dans un piège cryogénique.

Pour cela, on peut utiliser des réactions endothermiques.

Voici une liste de mélanges et substances qui permettent de descendre en température jusqu'à –55°C, et même jusqu'à –98°C si l'on dispose de neige carbonique ! L'azote liquide (qui n'est pas un mélange, mais du diazote qui a été refroidi jusqu'à devenir liquide) permet de descendre à –196°C.

Température Mélange ou substance
0°C Glace pilée baignant dans de l'eau
–2°C 100 g d'eau à 15°C + 30 g de chlorure d'ammonium NH4Cl SGH07
–10°C Eau + glace pilée (0°C) + nitrate d'ammonium SGH03SGH07 NH4NO3

Le point de fusion de l'eau chute, entraînant la fonte de la glace qui va absorber une grande partie de la chaleur de l'eau via sa chaleur latente de fusion et le nitrate d'ammonium par dissolution va abaisser encore plus la température. Par la suite, lorsque la température augmente légèrement, une quantité de nitrate d'ammonium va se dissoudre et entrainer une chute de température.

–12°C 100 g d'eau à 15°C + 60 g de nitrite de sodium NaNO2 SGH03SGH06SGH09
–15°C 100 g d'eau à 15°C + 130 g de thiocyanate d'ammonium SGH07
–20°C 100 g de glace (0°C) + 30 g de chlorure de sodium (sel de cuisine)
–25°C 21 g d'acide chlorhydrique SGH05 concentré à 15°C + 80 g de sulfate de sodium décahydraté (sel de Glauber)
–25°C 100 g d'eau à 15°C + 100 g de chlorure d'ammonium NH4Cl SGH07 + 100 g de nitrate de potassium SGH03 KNO3
–30°C 100 g de glace pilée (0°C) + 100 g de chlorure de potassium KCl
–33°C 100 g de glace pilée (0°C) + 30 g de chlorure de magnésium MgCl2
–40°C 100 g de glace pilée (0°C) + 125 g de chlorure de calcium hydraté CaCl2•6H2O cristallisé
–49°C 100 g de glace pilée (0°C) + 150 g de chlorure de calcium hydraté CaCl2•6H2O cristallisé
–55°C 100 g de glace pilée (0°C) + 143 g de chlorure de calcium hydraté CaCl2•6H2O cristallisé
–53°C Neige carbonique Basses températures (–78,5°C) + éthanol SGH02
–78,5°C Neige carbonique Basses températures (pour comparaison)
–86°C Neige carbonique Basses températures (–78,5°C) + acétone SGH02SGH07
–98°C Neige carbonique Basses températures (–78,5°C) + éther éthylique SGH02SGH07
–196°C Azote liquide Basses températures (pour comparaison)

Remarques importantes pour l'utilisation de la neige carbonique :

  • Le CO2 est tellement soluble dans l'acétone (et d'autres solvants) que si jamais, en fin d'expérience, on verse l'acétone redevenue liquide dans une bouteille fermée, il y a un fort risque d'explosion du récipient quand la température reviendra à température ambiante : le CO2 est relargué. (Ceci a déjà été reporté.)
  • On s'attendrait à ce que la température minimale atteignable soit la température de fusion du solvant utilisé. Or, il n'en est rien. Pour l'expliquer, il faut très certainement considérer que le CO2 sous forme de neige carbonique, non seulement refroidie le mélange en se sublimant (transformation endothermique), mais aussi que le CO2 est soluble dans ces solvants. Il faut donc considérer non pas la température de fusion du solvant pur mais la température de fusion du mélange {solvant + CO2 dissout à saturation} (présence possible d'un eutectique).


Merci à Maurice Cosandey et Seima pour leur contribution.