抗凍劑

抗凍劑 (Antifreeze)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

抗凍劑 (Antifreeze)，是指在水或溶液、溶劑當中的添加物，其目的在於降低溶液的凝固點，藉此以令在氣溫較低的時候，溶液不會凝固，因而避免溶液凝固所造成的損害。

由於水凝固成冰之後，體積會膨脹，因此水凝固所造成的容器膨脹變形，或者是其他形式的損害，是相當嚴重的。也因此，在氣溫較低，可能會達到零下的地區，抗凍劑的使用相當普遍，例如像是汽車引擎、發動機的水冷卻系統。

抗凍劑，是凝固點下降(Freezing point depression)原理的應用；根據凝固點的下降公式：

ΔT = K_fm

其中ΔT為凝固點下降量，K_f為溶劑的凝固點下降常數，水為1.86℃/m；m則為溶質的重量莫耳濃度。由此可見，凝固點的下降與溶質的種類無關，而僅與其溶液粒子濃度（分子或離子）有關。因此抗凍劑對水的溶解度、以及抗凍劑的分子量，便是選擇的重要因素。一般而言，抗凍劑都是一些對於水能夠互溶的小型有機分子。

人們在最早的抗凍劑使用甲醇；當然，甲醇具有與水互溶、分子量低等優點；然而，甲醇的沸點較低，因此冷卻水在較高溫度工作時，甲醇的蒸發量會相當明顯，以至於其損耗速度快，必須要時時補充，造成成本的浪費。而且甲醇還可能會造成管路等金屬的加速腐蝕。

後來人們改用乙二醇來取代甲醇，成為受歡迎的抗凍劑，一直到現今都還經常使用。乙二醇與水互溶，且沸點高達大約180℃，具有相較於甲醇與水而言極低的蒸發能力，相當適合使用在可能出現高溫度的情況下。並且乙二醇還具有高比熱、低黏度等等優越的性質。然而，其最大的缺點在於其高毒性；也因此，乙二醇並不是很適合使用在一些食品相關保存的抗凍劑上面。此外乙二醇防凍劑也需要添加少量的抗腐蝕劑，這些抗腐蝕劑大多由矽酸鹽組成，可能會造成系統的堵塞。

由於乙二醇的毒性問題，製備來自於甘油的丙二醇，便成為了乙二醇的一個取代品。丙二醇雖然在做為一個抗凍劑上並不如乙二醇，然而其毒性相當低，因此在使用上會比較安全，經常被作為無毒的防凍劑使用。

除此之外，除了這些小分子防凍劑之外，一些簡單的有機酸也可能被作為特殊配方的防凍劑，這是由於一些抗腐蝕劑的特殊需求。

參考資料
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 1028.
2. Wikipedia– Antifreeze  http://en.wikipedia.org/wiki/Antifreeze
3. Wikipedia—Ethylene glycol   http://en.wikipedia.org/wiki/Ethylene_glycol