Лесно направете безопасно дим или мъгла от сух лед

Сухият лед, който всички познаваме, не е нищо повече от въглероден диоксид в твърдо състояние. Това е много често срещано съединение, което има особеността да може да премине от твърдо състояние към газообразно състояние, без първо да премине през течно състояние, процес, известен като сублимация.

При налягане от 1 atm точката на сублимация на въглеродния диоксид е -78,5°C, поради което блок сух лед, изложен на атмосферния въздух, спонтанно ще се затопли до -78,5°C и след това ще започне да сублимира, оставайки при тази температура, докато се изпари напълно. Фактът, че се съхранява при толкова ниска температура и че се консумира, без изобщо да се превърне в течно състояние, е точно това, което оправдава името сух лед за тази форма на въглероден диоксид.

Същото свойство го прави особено полезен като преносим хладилен агент, с който се борави лесно и като източник на студен газ, използван за генериране на „фалшив дим“ или мъгла от сух лед.

Как се получава мъгла или дим от сух лед?

Образуването на мъгла от сух лед е много лесно. Всичко, което е необходимо, е гореща вода и сух лед. Стъпките са три:

1. Загрейте вода до кипене и я добавете в термоизолационен съд, като контейнер от стиропор или експандиран полистирол (EPS), отворен термос или чаша Дюар (последната може да се получи в някои лаборатории).
2. Добавете блок сух лед към врящата вода. За предпочитане е блокче, достатъчно малко, за да се побере в съда с горещата вода, но не прекалено малко, за да не се изпари прекалено бързо. Веднага ще започне да се образува гъста мъгла, която ще прелее контейнера през стените и ще се стича по пода.
3. Ако искате мъглата да се вдигне и да покрие по-голяма част от пространството, можете да използвате вентилатор, за да движите въздуха.

С течение на времето горещата вода ще се охлади поради ниската температура на сухия лед. Това постепенно ще намали количеството произведена мъгла. Също така, мъглата ще има тенденция да се разсейва, тъй като студеният въглероден диоксид се комбинира с топлия заобикалящ въздух, което също има тенденция да намалява ефекта от дим или мъгла.

Процес за оцветяване на дим от сух лед

В много приложения е желателно да се произвежда дим или мъгла с различни цветове. Това не може да се постигне директно в мъглата, тъй като мъглата може да стане бяла само от двете използвани съставки. Въпреки това, на бялата мъгла може да се придаде вид на цвят, като я осветите с цветна светлина.

Тъй като е бяла, мъглата има способността да отразява всички цветове на видимата светлина. Поради тази причина, ако осветим бяла мъгла със синя светлина, тя ще отразява синята светлина и следователно ще я видим синя. Същото ще се случи с всеки друг цвят светлина, който използваме.

Как действа мъглата със сух лед?

Често срещана грешка при обяснението на образуването на мъгла от сух лед е да приемем, че мъглата, която виждаме, всъщност е направена от въглероден диоксид. В края на краищата, сухият лед е направен от твърд въглероден диоксид и това е съединението, което се освобождава като газ от процеса на сублимация, нали?

Това е напълно вярно. Проблемът е, че въглеродният диоксид е безцветен газ и като такъв не можем да го видим. Това означава, че белият цвят на мъглата не може да идва от сух лед. Значи трябва да е нещо друго.

Когато анализираме втория компонент на нашия малък фалшив генератор на дим, можем да изпаднем във втора грешка и да си помислим, че мъглата всъщност е водна пара. С водната пара обаче е същото като с газообразния въглероден диоксид: газообразната вода също е невидима.

И така, какво наистина виждаме?

Мъглата, подобно на облаците, всъщност се образува от кондензацията на милиони малки течни водни капчици, които са толкова леки, че могат да останат висящи във въздуха известно време. Тези малки капчици се генерират от кондензацията на водна пара от гореща вода, когато тя влезе в контакт със студен газообразен въглероден диоксид (при 78,5 °C под нулата), който се отделя от сублимацията на сух лед.

Тази сублимация се ускорява значително, когато сухият лед влезе в контакт с горещата вода, което освобождава големи количества газ въглероден диоксид, който влачи наскоро кондензираните капчици водна пара, образувайки мъглата, която можем да видим.

Тъй като както студеният въглероден диоксид, така и мъглата от малки водни капчици са по-плътни от въздуха, те са склонни да падат и да се плъзгат близо до земята почти като течност. Въпреки това, малко течение е всичко, което е необходимо, за да повдигне мъглата и да я разпръсне, въпреки че това от своя страна ще съкрати продължителността.

Защо мъглата се разсейва?

Има няколко причини мъглата да изчезне. Първият е, че докато мъглата се разпространява в пространството, концентрацията на частиците, които я образуват, намалява (разрежда се с въздуха), така че тя изглежда все по-тънка или тънка. Освен това, чрез смесване с горещ въздух, газът въглероден диоксид също се нагрява, намалявайки способността му да кондензира повече водна пара от околната среда. От друга страна, когато се нагряват, малките водни капчици в мъглата ще се стремят да се изпарят отново, превръщайки се обратно във водна пара, невидима за очите ни.

Някои важни мерки за сигурност

Сухият лед не е особено опасен, тъй като въглеродният диоксид е химически доста инертно вещество. Това обаче може да представлява риск по две причини:

• Сухият лед е много студен. Всъщност е много по-студено от повечето студени неща, с които сме свикнали. Домашен фризер се охлажда най-много до -20 °C, докато сухият лед е до -78,5 °C. Това означава, че сухият лед е доста под точката на замръзване на водата, така че докосването му с голи ръце може да причини измръзване на кожата и измръзване.

• Чрез бързо сублимиране във въздуха сухият лед може да произведе значителни потоци газ въглероден диоксид, особено на нивото на земята, измествайки въздуха. Поради тази причина лежането на земята близо до отворена проба сух лед може да причини задушаване.

Поради тези две причини винаги трябва да работим със сух лед с подходящи ръкавици, за да избегнем студени изгаряния. Освен това трябва да внимаваме да избягваме образуването на мъгла от сух лед на закрито, където има шанс някой да заспи, тъй като задушаването от липса на кислород може да бъде фатално. По принцип работата на сравнително добре проветриво място е достатъчна, за да избегнете сериозен инцидент.

мъгла без сух лед

Работейки на същия принцип като мъглата от сух лед, можем да генерираме мъгла, използвайки нормален лед, въпреки че ефектът е много по-малко впечатляващ и мъглата е едва видима. Ако поставим няколко кубчета лед в цедка над гореща вода, студът на кубчетата лед ще кондензира парата, образувайки тънка мъгла, която можем да видим върху кубчетата лед.

Причината, поради която ефектът със сухия лед е по-драматичен, е, че той сублимира много бързо, генерирайки поток от студен газ, който кондензира парата и я отнася. Обратно, нормалният лед не се сублимира, така че не генерира същия ток на съпротивление като сухия лед. Освен това, когато започне да се топи, е само 0 °C вместо -78,5 °C, така че въздухът около нормалния лед не става толкова студен, колкото този около сухия лед, което ограничава количеството пара, което може да кондензира, за да образува мъгла.

Препратки

Aquae. (2021 г., 10 януари). Как лесно да си направите домашна мъгла – Aquae Foundation . Фондация Аква. https://www.fundacionaquae.org/experimento-niebla-casera/

DOÑANA Biotech. (2017, 21 ноември). ЕФЕКТ НА МЪГЛА със СУХ ЛЕД [Видео]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=qqS6AGzg53k

Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то ^{издание} ). Образование на McGraw-Hill.

Как да си направим ДИМ със СУХ ЛЕД . (2019, 17 ноември). Фентъзи гора. https://www.bosquedefantasias.com/recursos/experimentos-quimica/how-to-make-humo-hielo-seco

Гонзалес, Д. (2021 г., 16 ноември). Каква е идеалната температура в хладилника ? Euronics. https://www.euronics.es/blog/cual-es-la-temperatura-ideal-de-la-nevera/

Медицински инфрасал. (nd). ВЪГЛЕРОДЕН ДИОКСИД . Infrasal.com. https://www.infrasal.com/gases/carbon-dioxide