Savusta kuivajäätä helposti turvallisesti

Kuivajää, jonka me kaikki tiedämme, ei ole muuta kuin hiilidioksidia kiinteässä tilassa. Tämä on hyvin yleinen yhdiste, jonka erityispiirteenä on se, että se pystyy siirtymään kiinteästä tilasta kaasumaiseen tilaan menemättä ensin nestemäiseen tilaan, prosessi, joka tunnetaan nimellä sublimaatio.

1 atm:n paineessa hiilidioksidin sublimaatiopiste on -78,5°C, minkä vuoksi ilmakehän ilmalle altistunut kuivajäälohko lämpenee spontaanisti -78,5°C:een ja alkaa sitten ylentyä ja pysyy tässä lämpötilassa, kunnes se haihtuu. täysin. Se tosiasia, että sitä pidetään niin alhaisessa lämpötilassa ja että se kulutetaan ilman, että se koskaan muuttuu nestemäiseksi, on juuri se, mikä oikeuttaa nimen kuivajää tälle hiilidioksidimuodolle.

Tämä sama ominaisuus tekee siitä myös erityisen hyödyllisen kannettavana kylmäaineena, jota on helppo käsitellä, ja kylmän kaasun lähteenä, jota käytetään ”väärennössavun” tai kuivajääsumun tuottamiseen.

Kuinka saat kuivajääsumua tai savua?

Kuivajääsumun muodostaminen on erittäin helppoa. Tarvitaan vain kuumaa vettä ja kuivajäätä. Vaiheita on kolme:

1. Kuumenna vesi kiehuvaksi ja lisää se lämpöä eristävään astiaan, kuten styroksi- tai polystyreenisäiliöön (EPS), avoimeen termospulloon tai Dewar-dekantterilasiin (jälkimmäistä saa joissain laboratorioissa).
2. Lisää pala kuivajäätä kiehuvaan veteen. On suositeltavaa, että se on tarpeeksi pieni lohko mahtumaan astiaan kuuman veden kanssa, mutta ei liian pieni, jotta se ei haihtuisi liian nopeasti. Paksua sumua alkaa välittömästi muodostua, joka vuotaa säiliön sivujen yli ja valuu alas lattiaa.
3. Jos haluat sumun nostavan ja peittävän enemmän tilaa, voit liikuttaa ilmaa tuulettimen avulla.

Ajan myötä kuuma vesi jäähtyy kuivajään alhaisen lämpötilan vuoksi. Tämä vähentää vähitellen muodostuvan sumun määrää. Lisäksi sumulla on taipumus haihtua kylmän hiilidioksidin yhdistyessä lämpimään ympäröivään ilmaan, mikä myös vähentää savun tai sumun vaikutusta.

Prosessi kuivajääsavun värittämiseen

Monissa sovelluksissa on toivottavaa tuottaa erivärisiä savua tai sumua. Tätä ei voida saavuttaa suoraan sumussa, koska sumu voidaan tehdä valkoiseksi vain kahdesta käytetystä ainesosasta. Valkoiselle sumulle voidaan kuitenkin antaa värin ulkonäkö loistamalla siihen värillinen valo.

Koska sumu on valkoista, sillä on kyky heijastaa kaikki näkyvän valon värit. Tästä syystä, jos loistamme valkoista sumua sinisellä valolla, se heijastaa sinistä valoa ja siksi näemme sen sinisenä. Sama tapahtuu minkä tahansa muun käyttämämme valon värin kanssa.

Kuinka kuivajääsumu toimii?

Yleinen virhe selitettäessä kuivajääsumun muodostumista on olettaa, että näkemämme sumu on todella valmistettu hiilidioksidista. Loppujen lopuksi kuivajää on valmistettu kiinteästä hiilidioksidista, ja se on se yhdiste, joka vapautuu kaasuna sublimaatioprosessissa, eikö niin?

Tämä on täysin totta. Ongelmana on, että hiilidioksidi on väritön kaasu, emmekä sellaisenaan näe sitä. Tämä tarkoittaa, että sumun valkoinen väri ei voi tulla kuivajäästä. Joten sen täytyy olla jotain muuta.

Kun analysoimme pienen väärennetyn savugeneraattorimme toista komponenttia, voimme joutua toiseen virheeseen ja ajatella, että sumu on itse asiassa vesihöyryä. Vesihöyryn kanssa se on kuitenkin sama kuin kaasumaisen hiilidioksidin kanssa: myös kaasumainen vesi on näkymätöntä.

Joten mitä me todella näemme?

Sumu, kuten pilvet, muodostuu itse asiassa miljoonien pienten nestemäisten vesipisaroiden tiivistymisestä, jotka ovat niin kevyitä, että ne voivat jäädä ilmaan jonkin aikaa. Nämä pienet pisarat syntyvät vesihöyryn kondensoituessa kuumasta vedestä, kun se joutuu kosketuksiin kylmän kaasumaisen hiilidioksidin kanssa (78,5 °C:ssa alle nolla), jota vapautuu kuivajään sublimoituessa.

Tämä sublimaatio kiihtyy huomattavasti, kun kuivajää joutuu kosketuksiin kuuman veden kanssa, jolloin vapautuu suuria määriä hiilidioksidikaasua, joka vetää äskettäin tiivistyneet vesihöyrypisarat muodostaen sumun, jonka voimme nähdä.

Koska sekä kylmä hiilidioksidi että pienten vesipisaroiden sumu ovat ilmaa tiheämpiä, ne putoavat ja kulkevat lähellä maata melkein kuin neste. Pieni veto riittää kuitenkin sumun nostamiseen ja levittämiseen, vaikka tämä puolestaan ​​lyhentää kestoa.

Miksi sumu haihtuu?

Sumun katoamiseen on useita syitä. Ensimmäinen on se, että kun sumu leviää avaruudessa, sitä muodostavien hiukkasten pitoisuus pienenee (se laimennetaan ilmalla), joten se näyttää yhä ohuemmalta tai haurammalta. Myös hiilidioksidikaasu kuumenee sekoittuessaan kuumaan ilmaan, mikä vähentää sen kykyä kondensoida enemmän vesihöyryä ympäristöstä. Toisaalta lämmitettäessä sumun pienet vesipisarat pyrkivät taas haihtumaan ja muuttuvat takaisin silmillemme näkymätönksi vesihöyryksi.

Jotkut tärkeät turvatoimenpiteet

Kuivajää ei ole erityisen vaarallinen, sillä hiilidioksidi on kemiallisesti melko inertti aine. Se voi kuitenkin olla riski kahdesta syystä:

• Kuivajää on erittäin kylmää. Itse asiassa se on paljon kylmempää kuin useimmat kylmät asiat, joihin olemme tottuneet. Kotitalouspakastin jäähtyy korkeintaan -20 asteeseen, kuivajää -78,5 asteeseen. Tämä tarkoittaa, että kuivajää on selvästi veden jäätymispisteen alapuolella, joten sen koskettaminen paljain käsin voi aiheuttaa paleltumia iholle ja paleltumia.

• Nopeasti ilmaan sublimoituva kuivajää voi tuottaa huomattavia hiilidioksidikaasuvirtoja, erityisesti maanpinnan tasolla, syrjäyttäen ilmaa. Tästä syystä maassa makaaminen avoimen kuivajäänäytteen lähellä voi aiheuttaa tukehtumisen.

Näistä kahdesta syystä meidän on aina varmistettava, että käsittelemme kuivajäätä sopivilla käsineillä kylmäpalovammojen välttämiseksi. Lisäksi on varottava kuivajääsumun muodostumista sisätiloihin, joissa on mahdollisuus nukahtaa, sillä hapenpuutteesta johtuva tukehtuminen voi olla kohtalokasta. Yleensä työskentely melko hyvin tuuletetussa paikassa riittää välttämään vakavat onnettomuudet.

sumua ilman kuivajäätä

Samalla periaatteella kuin kuivajääsumu, voimme luoda sumun normaalilla jäällä, vaikka vaikutus on paljon vähemmän näyttävä ja sumu on tuskin näkyvissä. Jos laitamme jääkuutioita siivilään kuuman veden päälle, jääkuutioiden kylmä tiivistää höyryn muodostaen ohuen sumun, jonka näemme jääpaloissa.

Syy siihen, miksi kuivajään vaikutus on dramaattisempi, johtuu siitä, että se sublimoituu erittäin nopeasti, jolloin syntyy kylmää kaasuvirtaa, joka kondensoi höyryn ja kuljettaa sen pois. Sitä vastoin normaali jää ei yleydy, joten se ei tuota samaa vastusvirtaa kuin kuivajää. Myös sulamisen alkaessa lämpötila on vain 0 °C -78,5 °C sijasta, joten normaalijään ympärillä oleva ilma ei kylmene yhtä kylmäksi kuin kuivajään ympärillä, mikä rajoittaa höyryn määrää, joka voi tiivistyä muodostaen sumua.

Viitteet

Aquae. (2021, 10. tammikuuta). Kuinka tehdä kotitekoista sumua helposti – Aquae Foundation . Aquae Foundation. https://www.fundacionaquae.org/experimento-niebla-casera/

DOÑANA Biotech. (2017, 21. marraskuuta). FOG EFFECT ja DRY ICE [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=qqS6AGzg53k

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. ^painos ). McGraw-Hill koulutus.

Kuinka valmistaa SAVUA KUIVAJÄÄllä . (2019, 17. marraskuuta). Fantasiametsä. https://www.bosquedefantasias.com/recursos/experimentos-quimica/how-to-make-humo-hielo-seco

Gonzalez, D. (2021, 16. marraskuuta). Mikä on ihanteellinen lämpötila jääkaapissa ? Euronics. https://www.euronics.es/blog/cual-es-la-temperatura-ideal-de-la-nevera/

Lääketieteellinen Infrasal. (nd). HIILIDIOKSIDI . Infrasal.com. https://www.infrasal.com/gases/carbon-dioxide