2. Temperaturerzeugung

Um eine gute Wärmeübertragung zu erzielen, muss das zu kühlende Gefäß
vollen Kontakt mit dem Kühlmittel haben, daher immer Gefäße passender
Größe wählen.
- Kühler
Die bislang erwähnten Gefäße eignen sich alle nur zum Kühlen mit einem
ruhenden Kühlmittel. Soll allerdings, wie z. B. bei der Destillation, mit einer
strömenden Kühlflüssigkeit gearbeitet werden, so verwendet man so genannte
Kühler, von denen der Liebig-Kühler der wichtigste Vertreter ist (Abb.
2.7.) Er besteht aus einem langen Glasrohr, in das
die zu kühlende Substanz geleitet wird. Das Rohr
wird von einem Kühlmantel umgeben, durch den
das Kühlmittel (meist Wasser) strömt. Zur
besseren Kühlung lässt man das Kühlwasser
entgegen dem Gasstrom laufen. (Gegenstromprinzip).
Weitere Kühlertypen sind im
Organikum, a.a.O. beschrieben. Abb. 2.7.
2.2.4. Herstellen eines Kältebades aus Methanol und Trockeneis
Festes Kohlendioxid ist im Handel in größeren Blöcken zu beziehen. Zum
Gebrauch für die Kältemischung wickelt man es in ein Leinentuch und zerschlägt
es mit einem Hammer. Nachdem man das Dewargefäß etwa zu einem Viertel
mit Aceton (Methanol) gefüllt hat, gibt man zunächst wenige, kleine Stücke Trockeneis
hinein (Vorsicht, das Lösungsmittel braust zunächst durch CO 2-
Entwicklung heftig auf. Daher unbedingt eine Schutzbrille tragen!). Erst, wenn
selbst nach längerem Umrühren die Flüssigkeit nicht mehr so stark schäumt,
gibt man mehr Trockeneis hinzu. Hierbei ist darauf zu achten, dass sich das
Trockeneis nicht am Boden fest zusammenlagert, und so das spätere Einsetzen
des Gefäßes erschwert. Je nach der Menge des zugesetzten Kohlendioxides
kann man Temperaturen bis zu ca. -78° C erreichen. Beim Einbau des
Kältebades in eine Apparatur ist darauf zu achten, dass man die Kühlung
jederzeit nach unten entfernen kann, ohne den Apparaturaufbau zu stören.
2.2.5. Kriterien für die Wahl des geeigneten Kühlmittels
Die Wahl des geeigneten Kühlmittels richtet sich hauptsächlich nach den
physikalischen und chemischen Eigenschaften der zu kühlenden Substanz.
- Je nach dem Zweck der Kühlung (Kondensation als Flüssigkeit oder
Festkörper, Verhinderung unerwünschter Nebenreaktionen) muss das
Kühlmittel die entscheidende Temperatur bzw. das Temperatur-Intervall
unterschreiten. Die Größe der Differenz, mit der diese Temperatur
unterschritten werden muss, richtet sich
-- nach dem Zweck der Kühlung und/oder
-- nach der Art der Kühlung.
Soll beispielsweise eine unerwünschte Reaktion vermieden werden (z. B.
Entzündung einer Substanz), so reichen häufig schon einige Grad Differenz
aus. Will man dagegen ein Gas kondensieren, so bedarf es schon einer
größeren Differenz (ca. 20-30 Grad). Diese Differenz hängt auch davon ab,
ob sowohl Kühlmittel als auch zu kühlendes Gut ruhen oder eine oder beide
strömen. So benötigt man z. B. zur Kondensation eines strömenden Gases
eine größere Temperaturdifferenz als bei einem stehendem.
- Bei Berücksichtigung der chemischen Eigenschaften von Kühlmittel und zu
kühlender Substanz ist zu beachten, dass weder das Material des
Kühlmittelgefäßes noch bei Bruch die zu kühlende Substanz mit dem
Kühlmittel gefährlich reagieren kann (z. B. dürfen flüssige Luft und flüssiger
Sauerstoff nicht zur Kühlung von brennbaren Stoffen verwandt und nicht in
Styroporbehälter gefüllt werden).