Haga fácilmente humo o niebla de hielo seco de forma segura

El hielo seco que todos conocemos no es más que dióxido de carbono en estado sólido. Este es un compuesto muy común que tiene la particularidad de poder pasar desde el estado sólido al estado gaseoso sin pasar primero por el estado líquido, proceso conocido como sublimación.

A la presión de 1 atm, el punto de sublimación del dióxido de carbono es de –78,5 °C, razón por la cual un bloque de hielo seco expuesto al aire atmosférico se calentará espontáneamente hasta –78,5 °C para luego comenzar a sublimar, manteniéndose a dicha temperatura hasta evaporarse completamente. El hecho de que se mantenga a tan baja temperatura y que se consuma sin pasar nunca a estado líquido, es justamente lo que justifica la denominación de hielo seco a esta forma de dióxido de carbono.

Esta misma propiedad es además la que le hace particularmente útil como refrigerante portátil de fácil manejo y como fuente de un gas frío que sirve para generar «humo falso» o niebla de hielo seco.

¿Cómo se consigue la niebla o humo de hielo seco?

Formar niebla de hielo seco es muy fácil. Todo lo que se requiere es agua caliente y hielo seco. Los pasos son tres:

1. Calentar agua hasta ebullición y agregarla a un recipiente aislante térmico, como un recipiente de tecnopor o poliestireno expandido (EPS), un termo abierto o un vaso de Dewar (este último se puede conseguir en algunos laboratorios).
2. Agregar al agua hirviendo un bloque de hielo seco. Es preferible que sea un bloque lo suficientemente pequeño como para que quepa en el recipiente con el agua caliente, pero que no sea demasiado pequeño para evitar que se evapore demasiado rápidamente. Inmediatamente se empezará a formar una niebla espesa que rebozará el recipiente cayendo por los lados y escurriéndose por el suelo.
3. Si se desea que la niebla se levante y cubra una mayor parte del espacio, se puede utilizar un ventilador para movilizar el aire.

A medida que pasa el tiempo, el agua caliente se enfriará por efecto de la baja temperatura del hielo seco. Esto reducirá paulatinamente la cantidad de niebla producida. Además, la niebla tenderá a disiparse a medida que el dióxido de carbono frío se combine con el aire cálido del entorno, lo cual también tiende a hacer que se reduzca el efecto de humo o de niebla.

Proceso para dar color al humo de hielo seco

En muchas aplicaciones es deseable producir humos o nieblas de distintos colores. Esto no se puede lograr directamente en la niebla ya que esta sólo puede formarse de color blanco con los dos ingredientes utilizados. Sin embargo, a la niebla blanca se le puede dar la apariencia de poseer color iluminándola con una luz coloreada.

Por el hecho de ser de color blanco, la niebla tiene la capacidad de reflejar todos los colores de luz visible. Por esta razón, si alumbramos niebla blanca con luz azul, reflejará luz azul y por lo tanto la veremos de dicho color. Lo mismo sucederá con cualquier otro color de luz que utilicemos.

¿Cómo funciona la niebla de hielo seco?

Un error común al explicar la formación de la niebla de hielo seco es asumir que la niebla que vemos en realidad está formada por dióxido de carbono. Después de todo, el hielo seco está hecho de dióxido de carbono sólido, y es ese compuesto el que se libera en forma de gas por el proceso de sublimación, ¿o no?

Esto es completamente cierto. El problema es que el dióxido de carbono es un gas incoloro y, como tal, no lo podemos ver. Esto quiere decir que el color blanco de la niebla no puede provenir del hielo seco. Así que debe tratarse de otra cosa.

Al analizar el segundo componente de nuestro pequeño generador de falso humo, podemos caer en un segundo error y pensar que la niebla se trata en realidad de vapor de agua. Sin embargo, con el vapor de agua sucede lo mismo que con el dióxido de carbono gaseoso: el agua gaseosa también es invisible.

Entonces, ¿qué es lo que realmente vemos?

La niebla, al igual que las nubes, en realidad está formada por la condensación de millones de pequeñas godas de agua líquida que son tan livianas que se logran mantener suspendidas en el aire durante cierto tiempo. Estas pequeñas gotas se generan por la condensación del vapor de agua proveniente del agua caliente cuando entra en contacto con el dióxido de carbono gaseoso frío (a 78,5 °C bajo cero) que se libera por la sublimación del hielo seco.

Dicha sublimación se acelera considerablemente al entrar el hielo seco en contacto con el agua caliente, lo que libera grandes cantidades de dióxido de carbono gaseoso que arrastra las gotas de vapor de agua recién condensadas, formando la niebla que podemos ver.

Como tanto el dióxido de carbono frío como la niebla de pequeñas gotas de agua son más densas que el aire, tienden a caer y a arrastrarse cerca del suelo casi como si se tratara de un líquido. Sin embargo, una pequeña corriente de aire es todo lo que se necesita para elevar la niebla y esparcirla, aunque esto a su vez hará que dure menos.

¿Por qué se disipa la niebla?

Hay varias razones por las que la niebla termina desapareciendo. La primera es que, a medida que la niebla se difunde en el espacio, la concentración de las partículas que la forman va disminuyendo (se diluye con el aire), por lo que se ve cada vez más fina o tenue. Además, al mezclarse con el aire caliente, el dióxido de carbono gaseoso también se calienta, lo que reduce su capacidad de condensar más vapor de agua del medio ambiente. Por otro lado, al calentarse, las pequeñas gotas de agua de la neblina tenderán a evaporarse de nuevo, convirtiéndose nuevamente en vapor de agua invisible a nuestros ojos.

Algunas medidas de seguridad importantes

El hielo seco no es particularmente peligroso, ya que el dióxido de carbono es una sustancia bastante inerte químicamente. Sin embargo, si puede representar un riesgo por dos razones:

• El hielo seco es muy frío. De hecho, es mucho más frío que la mayoría de las cosas frías a las que estamos acostumbrados. Un congelador doméstico enfría como mucho hasta – 20 °C, mientras que el hielo seco se encuentra a – 78,5 °C. Esto quiere decir que el hielo seco está muy por debajo del punto de congelación del agua, por lo que tocarlo con las manos desnudas puede causar el congelamiento de la piel y quemaduras por frío.

• Al sublimarse rápidamente en el aire, el hielo seco puede producir corrientes considerables de dióxido de carbono gaseoso, especialmente a nivel del suelo, desplazando al aire. Por esta razón, acostarse en el suelo cerca de una muestra abierta de hielo seco puede causar asfixia.

Por estas dos razones, siempre debemos asegurarnos de manipular el hielo seco utilizando guantes adecuados para evitar las quemaduras de frío. Además, debemos tener cuidado de evitar generar una niebla de hielo seco en lugares cerrados en los que haya la posibilidad de que alguien se quede dormido, ya que la asfixia por falta de oxígeno puede ser fatal. En general, trabajar en un lugar medianamente bien ventilado es suficiente para evitar cualquier accidente grave.

Niebla sin hielo seco

Funcionando bajo el mismo principio que la niebla con hielo seco, podemos generar una niebla utilizando hielo normal, aunque el efecto es muchísimo menos espectacular, y la niebla es apenas visible. Si colocamos algunos hielos en un colador sobre agua caliente, el frío de los hielos condensará el vapor formando una niebla tenue que podemos ver sobre los hielos.

La razón por la que el efecto con el hielo seco es más dramático es porque este sublima muy rápidamente generando una corriente de gas frio que condensa el vapor y lo arrastra. En cambio, el hielo normal no sublima, por lo que no genera la misma corriente de arrastre que el hielo seco. Además, al comenzar a derretirse se encuentra a tan solo 0 °C en lugar de a – 78,5 °C, por lo que el aire alrededor del hielo normal no se enfría tanto como el que está alrededor del hielo seco, lo que limita la cantidad de vapor que se puede condensar para formar la niebla.

Referencias

Aquae. (2021, 10 enero). Cómo hacer niebla casera fácilmente – Fundación Aquae. Fundación Aquae. https://www.fundacionaquae.org/experimento-niebla-casera/

Biotech DOÑANA. (2017, 21 noviembre). EFECTO NIEBLA con HIELO SECO [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=qqS6AGzg53k

Chang, R., Manzo, Á. R., López, P. S., & Herranz, Z. R. (2020). Química (10.^a ed.). McGraw-Hill Education.

Cómo hacer HUMO con HIELO SECO. (2019, 17 noviembre). Bosque de Fantasías. https://www.bosquedefantasias.com/recursos/experimentos-quimica/como-hacer-humo-hielo-seco

Gonzalez, D. (2021, 16 noviembre). Cuál es la temperatura ideal de la nevera. Euronics. https://www.euronics.es/blog/cual-es-la-temperatura-ideal-de-la-nevera/

Infrasal Médica. (s. f.). DIOXIDO DE CARBONO. Infrasal.com. https://www.infrasal.com/gases/dioxido-de-carbono