Machen Sie ganz einfach Trockeneisrauch oder Nebel sicher

Das Trockeneis, das wir alle kennen, ist nichts anderes als Kohlendioxid in festem Zustand. Dies ist eine sehr verbreitete Verbindung, die die Besonderheit hat, dass sie vom festen in den gasförmigen Zustand übergehen kann, ohne zuerst den flüssigen Zustand zu durchlaufen, ein Prozess, der als Sublimation bekannt ist.

Bei einem Druck von 1 atm liegt der Sublimationspunkt von Kohlendioxid bei -78,5 °C, weshalb sich ein Trockeneisblock, der atmosphärischer Luft ausgesetzt ist, spontan auf -78,5 °C erwärmt und dann zu sublimieren beginnt und bei dieser Temperatur bleibt, bis er verdunstet vollständig. Die Tatsache, dass es auf einer so niedrigen Temperatur gehalten und konsumiert wird, ohne jemals in einen flüssigen Zustand überzugehen, rechtfertigt genau den Namen Trockeneis für diese Form von Kohlendioxid.

Dieselbe Eigenschaft macht es auch besonders nützlich als tragbares Kältemittel, das einfach zu handhaben ist, und als Quelle für ein kaltes Gas, das zur Erzeugung von „falschem Rauch“ oder Trockeneisnebel verwendet wird.

Wie bekommt man Trockeneisnebel oder Rauch?

Das Bilden von Trockeneisnebel ist sehr einfach. Alles, was benötigt wird, ist heißes Wasser und Trockeneis. Die Schritte sind drei:

1. Erhitzen Sie Wasser zum Kochen und geben Sie es in einen wärmeisolierenden Behälter, z. B. einen Behälter aus Styropor oder expandiertem Polystyrol (EPS), eine offene Thermoskanne oder ein Dewar-Becher (letzteres ist in einigen Labors erhältlich).
2. Gib einen Block Trockeneis in das kochende Wasser. Es ist vorzuziehen, dass es ein Block ist, der klein genug ist, um in den Behälter mit dem heißen Wasser zu passen, aber nicht zu klein, um zu verhindern, dass es zu schnell verdunstet. Sofort beginnt sich ein dichter Nebel zu bilden, der über die Seiten des Behälters strömt und auf den Boden rieselt.
3. Wenn Sie möchten, dass sich der Nebel hebt und mehr Raum bedeckt, können Sie einen Ventilator verwenden, um die Luft zu bewegen.

Mit der Zeit kühlt das heiße Wasser aufgrund der niedrigen Temperatur des Trockeneises ab. Dadurch wird die erzeugte Nebelmenge allmählich reduziert. Außerdem neigt der Nebel dazu, sich aufzulösen, wenn sich das kalte Kohlendioxid mit der warmen Umgebungsluft verbindet, was ebenfalls dazu neigt, die Wirkung von Rauch oder Nebel zu verringern.

Verfahren zum Färben von Trockeneisrauch

Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, Rauch oder Nebel unterschiedlicher Farbe zu erzeugen. Dies kann nicht direkt im Nebel erreicht werden, da der Nebel nur aus den beiden verwendeten Zutaten weiß gemacht werden kann. Weißem Nebel kann jedoch das Aussehen einer Farbe verliehen werden, indem ein farbiges Licht darauf gerichtet wird.

Da Nebel weiß ist, kann er alle Farben des sichtbaren Lichts reflektieren. Aus diesem Grund wird weißer Nebel, wenn wir ihn mit blauem Licht beleuchten, blaues Licht reflektieren, und wir werden ihn daher als blau sehen. Dasselbe passiert mit jeder anderen Lichtfarbe, die wir verwenden.

Wie funktioniert Trockeneisnebel?

Ein häufiger Fehler bei der Erklärung der Bildung von Trockeneisnebel ist die Annahme, dass der Nebel, den wir sehen, tatsächlich aus Kohlendioxid besteht. Schließlich besteht Trockeneis aus festem Kohlendioxid, und diese Verbindung wird durch den Sublimationsprozess als Gas freigesetzt, richtig?

Das ist völlig richtig. Das Problem ist, dass Kohlendioxid ein farbloses Gas ist und wir es als solches nicht sehen können. Das bedeutet, dass die weiße Farbe des Nebels nicht von Trockeneis kommen kann. Es muss also etwas anderes sein.

Bei der Analyse der zweiten Komponente unseres kleinen künstlichen Rauchgenerators können wir einen zweiten Fehler machen und denken, dass der Nebel tatsächlich Wasserdampf ist. Doch mit Wasserdampf ist es wie mit gasförmigem Kohlendioxid: Auch gasförmiges Wasser ist unsichtbar.

Was sehen wir also wirklich?

Nebel entsteht genau wie Wolken durch die Kondensation von Millionen winziger flüssiger Wassertröpfchen, die so leicht sind, dass sie einige Zeit in der Luft schweben können. Diese kleinen Tröpfchen entstehen durch die Kondensation von Wasserdampf aus heißem Wasser, wenn es mit kaltem gasförmigem Kohlendioxid (bei 78,5 °C unter Null) in Kontakt kommt, das durch die Sublimation von Trockeneis freigesetzt wird.

Diese Sublimation wird erheblich beschleunigt, wenn das Trockeneis mit dem heißen Wasser in Kontakt kommt, das große Mengen an Kohlendioxidgas freisetzt, das die kürzlich kondensierten Wasserdampftröpfchen mitreißt und den Nebel bildet, den wir sehen können.

Da sowohl kaltes Kohlendioxid als auch Nebel aus winzigen Wassertröpfchen dichter als Luft sind, neigen sie dazu, herunterzufallen und fast wie eine Flüssigkeit nahe am Boden zu schweben. Es genügt jedoch ein kleiner Luftzug, um den Nebel aufzuwirbeln und zu verteilen, was jedoch wiederum die Dauer verkürzt.

Warum löst sich der Nebel auf?

Es gibt mehrere Gründe, warum der Nebel schließlich verschwindet. Der erste besteht darin, dass, wenn sich der Nebel im Weltraum ausbreitet, die Konzentration der Partikel, die ihn bilden, abnimmt (er wird mit der Luft verdünnt), sodass er immer dünner oder dünner erscheint. Durch das Mischen mit heißer Luft erwärmt sich auch Kohlendioxidgas, wodurch seine Fähigkeit, mehr Wasserdampf aus der Umgebung zu kondensieren, verringert wird. Andererseits neigen die kleinen Wassertröpfchen im Nebel beim Aufheizen dazu, wieder zu verdampfen und sich wieder in Wasserdampf zu verwandeln, der für unsere Augen unsichtbar ist.

Einige wichtige Sicherheitsmaßnahmen

Trockeneis ist nicht besonders gefährlich, da Kohlendioxid chemisch gesehen eine ziemlich inerte Substanz ist. Es kann jedoch aus zwei Gründen ein Risiko darstellen:

• Trockeneis ist sehr kalt. Tatsächlich ist es viel kälter als die meisten kalten Dinge, an die wir gewöhnt sind. Eine Haushalts-Gefriertruhe kühlt maximal auf -20 °C herunter, während Trockeneis auf -78,5 °C liegt. Dies bedeutet, dass Trockeneis weit unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegt, sodass das Berühren mit bloßen Händen Erfrierungen auf der Haut und Erfrierungen verursachen kann.

• Durch die schnelle Sublimation in Luft kann Trockeneis beträchtliche Ströme von Kohlendioxidgas erzeugen, insbesondere in Bodennähe, wodurch Luft verdrängt wird. Aus diesem Grund kann das Liegen auf dem Boden in der Nähe einer offenen Trockeneisprobe zum Ersticken führen.

Aus diesen beiden Gründen müssen wir immer darauf achten, Trockeneis mit geeigneten Handschuhen zu handhaben, um Kälteverbrennungen zu vermeiden. Darüber hinaus müssen wir darauf achten, keinen Trockeneisnebel in Innenräumen zu erzeugen, in denen die Gefahr besteht, dass jemand einschläft, da das Ersticken durch Sauerstoffmangel tödlich sein kann. Im Allgemeinen reicht es aus, an einem ziemlich gut belüfteten Ort zu arbeiten, um schwere Unfälle zu vermeiden.

Nebel ohne Trockeneis

Nach dem gleichen Prinzip wie Trockeneisnebel können wir mit normalem Eis einen Nebel erzeugen, allerdings ist der Effekt weitaus weniger spektakulär und der Nebel kaum sichtbar. Wenn wir einige Eiswürfel in ein Sieb über heißes Wasser legen, kondensiert die Kälte der Eiswürfel den Dampf und bildet einen dünnen Nebel, den wir auf den Eiswürfeln sehen können.

Der Grund, warum der Effekt mit Trockeneis dramatischer ist, liegt darin, dass es sehr schnell sublimiert und einen kalten Gasstrom erzeugt, der den Dampf kondensiert und wegträgt. Im Gegensatz dazu sublimiert normales Eis nicht und erzeugt daher nicht die gleiche Schleppströmung wie Trockeneis. Wenn es zu schmelzen beginnt, ist es auch nur 0 °C statt -78,5 °C, sodass die Luft um normales Eis herum nicht so kalt wird wie die um Trockeneis herum, was die Menge an Dampf begrenzt, die zu Nebel kondensieren kann.

Verweise

Aqua. (2021, 10. Januar). So machen Sie ganz einfach hausgemachten Nebel – Aquae Foundation Aquae-Stiftung. https://www.fundacionaquae.org/experimento-niebla-casera/

DOÑANA Biotech. (2017, 21. November). NEBEL-EFFEKT mit DRY ICE [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=qqS6AGzg53k

Chang, R., Manzo, A. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemie (10. ^Aufl .). McGraw-Hill-Bildung.

Wie man mit TROCKENEIS RAUCH macht . (2019, 17. November). Fantasiewald. https://www.bosquedefantasias.com/recursos/experimentos-quimica/how-to-make-humo-hielo-seco

Gonzalez, D. (2021, 16. November). Was ist die ideale Temperatur im Kühlschrank ? Euronik. https://www.euronics.es/blog/cual-es-la-temperatura-ideal-de-la-nevera/

Medizinisches Infrasal. (nd). KOHLENDIOXID . Infrasal.com. https://www.infrasal.com/gases/carbon-dioxide