硝石能否制冰？

开通黄钻

关于硝石能否制冰的粗略计算与实验

是非只为多开口，烦恼皆因强出头。

一段时间之前，在网上碰上一篇讲古代制冷方法的网文，因为对里面的硝石制冰不以为然，说了几句否定的话，结果和人小小的对了一下。

对喷的时候，其实主要是靠印象说话。当时理由有三，第一没有文献支持，网文上信誓旦旦地说古人曾经用硝石制冰，但是却没有一人能够提供古文或者考古证据，我费心搜索了一下没找到出处。其二，中学的制冰实验用的是硝酸铵，不是硝石，我所知道的固体制冷剂用的是各种铵盐。最后，虽然已经记忆不清，中学时代硝酸钾的溶解度测量中很明显没有剧烈降温的印象。

不过这些都是些间接证据，因此对喷完后心里还是有种不踏实感。想来想去还是去找点硬货来验证一下对错。

鉴于硝酸钾属于管制物品，弄起来比较麻烦，先来点理论上的计算，鉴于条件所限，所做的只是粗略计算而已。

计算有两个前提，第一，被冷却物体的温度不可能低于冷却它的冷却剂；第二，溶解热是物体溶解产生的现象，当溶液达到饱和浓度时将会处于热平衡状态。

查了一下，其实硝酸钾的溶解热还是可以的，1摩尔的硝酸钾在25摄氏度溶解在400摩尔水中时,熔解热是-8.28千卡。硝酸钾的溶解热随溶液浓度增大降低，而随温度降低增高，综合各方面因素，考虑到我们需要的是大略计算，因此后面的计算采用这个数据误差不会很大。

另一方面，硝酸钾的溶解度受温度影响很大，在低温下的溶解度确实低了一些。

大致溶解度是0度13.3克， 10度20.9，20度31.6克，30度45.8克。

硝酸钾的摩尔质量是101，一般条件下，水的冰点是0度，也就是我们至少要把冷却液降低到0度才行。那么在0度时，饱和状态的冷却液大致为100克水13.3克硝酸钾，也就是0.132摩尔，也就是0度时100克水的极限吸热大致为1.09千卡，也就是极限降温为10.9摄氏度。那么如果要将冷却液温度降低到0度，那么初始温度大约不能高于11摄氏度。类似地要把冷却液降到10度，那么初始温度不能高于27度。

理论计算大致如此，不过不做一下实验终究放不下心来，毕竟这只是近似计算而已。还是去弄点硝酸钾来试一试为妙。

前往化学试剂商店。第一家说没有，说是最近上级正在检查，为了省事起见，可能会惹事的东西最近一律不进货。本想打道回府，但是想想还是再去另外的地方试一试，第二家点观察了我一下后问我需要多少，答之只要一瓶，于是店家贺喜说我们店里正好剩下最后一瓶，就卖给先生你了。于是在一起抱怨政府该管的不管，不需要管的却管得严严实实一番后，顺利完成交易。

硝酸钾到手，备好所需设备。

温度计一根，此时气温28摄氏度

实验二比试验一多下降4度，但是最终温度也未下降至10摄氏度以下。

总之，尽管理论计算和实验比较粗糙，但是还是可以得出结论，硝石虽然可以制冷，如果要将冷却液温度降低到0度，那么初始温度大约不能高于11摄氏度。除非是在冬天，否则硝石不可能一次制冷达到冰点。

其实，用硝石在夏天制冰也还是可能的，但是操作就复杂了，比如说超低温实验中常用的多级制冷法。第一步将纯净水降至20度以下；第二步，用冷却过的纯净水溶解硝酸钾，将纯净水再度冷却至10度以下；第三步，用冷却至10度以下的纯净水溶解硝酸钾，此时可获得零度以下低温。