Faites facilement de la fumée ou du brouillard de neige carbonique en toute sécurité

La neige carbonique que nous connaissons tous n’est rien de plus que du dioxyde de carbone à l’état solide. Il s’agit d’un composé très courant qui a la particularité de pouvoir passer de l’état solide à l’état gazeux sans passer d’abord par l’état liquide, un processus connu sous le nom de sublimation.

À une pression de 1 atm, le point de sublimation du dioxyde de carbone est de -78,5°C, c’est pourquoi un bloc de neige carbonique exposé à l’air atmosphérique se réchauffera spontanément à -78,5°C puis commencera à se sublimer, restant à cette température jusqu’à ce qu’il s’évapore complètement. Le fait qu’elle soit conservée à une température aussi basse et qu’elle soit consommée sans jamais passer à l’état liquide est précisément ce qui justifie le nom de neige carbonique pour cette forme de dioxyde de carbone.

Cette même propriété est aussi ce qui le rend particulièrement utile comme réfrigérant portable facile à manipuler et comme source de gaz froid utilisé pour générer de la « fausse fumée » ou du brouillard de glace carbonique.

Comment obtenez-vous du brouillard ou de la fumée de neige carbonique?

La formation de brouillard de glace carbonique est très facile. Tout ce qu’il faut, c’est de l’eau chaude et de la neige carbonique. Les étapes sont au nombre de trois :

1. Chauffez l’eau à ébullition et ajoutez-la dans un récipient isolant thermique, comme un récipient en polystyrène expansé ou en polystyrène expansé (EPS), un thermos ouvert ou un bécher Dewar (ce dernier peut être obtenu dans certains laboratoires).
2. Ajouter un bloc de neige carbonique à l’eau bouillante. Il est préférable qu’il s’agisse d’un bloc suffisamment petit pour tenir dans le récipient avec l’eau chaude, mais pas trop petit pour éviter qu’elle ne s’évapore trop rapidement. Une brume épaisse commencera immédiatement à se former, débordant le récipient sur les côtés et ruisselant sur le sol.
3. Si vous voulez que le brouillard se soulève et couvre une plus grande partie de l’espace, vous pouvez utiliser un ventilateur pour déplacer l’air.

Au fil du temps, l’eau chaude se refroidira en raison de la basse température de la neige carbonique. Cela réduira progressivement la quantité de brouillard produit. De plus, le brouillard aura tendance à se dissiper à mesure que le dioxyde de carbone froid se combine avec l’air ambiant chaud, ce qui tend également à réduire l’effet de la fumée ou du brouillard.

Processus de coloration de la fumée de glace carbonique

Dans de nombreuses applications, il est souhaitable de produire de la fumée ou des brouillards de différentes couleurs. Ceci ne peut pas être réalisé directement dans la brume car la brume ne peut être rendue blanche qu’à partir des deux ingrédients utilisés. Cependant, la brume blanche peut avoir l’apparence d’une couleur en y faisant briller une lumière colorée.

Parce qu’il est blanc, le brouillard a la capacité de refléter toutes les couleurs de la lumière visible. Pour cette raison, si nous faisons briller un brouillard blanc avec une lumière bleue, il reflétera la lumière bleue et nous le verrons donc bleu. La même chose se produira avec toute autre couleur de lumière que nous utilisons.

Comment fonctionne le brouillard de glace carbonique ?

Une erreur courante dans l’explication de la formation du brouillard de neige carbonique est de supposer que le brouillard que nous voyons est en fait constitué de dioxyde de carbone. Après tout, la neige carbonique est faite de dioxyde de carbone solide, et c’est ce composé qui est libéré sous forme de gaz par le processus de sublimation, n’est-ce pas ?

C’est tout à fait vrai. Le problème est que le dioxyde de carbone est un gaz incolore et, en tant que tel, nous ne pouvons pas le voir. Cela signifie que la couleur blanche du brouillard ne peut pas provenir de la neige carbonique. Donc ça doit être autre chose.

Lors de l’analyse du second composant de notre petit générateur de fausse fumée, on peut tomber dans une seconde erreur et penser que le brouillard est en fait de la vapeur d’eau. Cependant, avec la vapeur d’eau, c’est la même chose qu’avec le dioxyde de carbone gazeux : l’eau gazeuse est également invisible.

Alors que voit-on vraiment ?

Le brouillard, comme les nuages, est en fait formé par la condensation de millions de minuscules gouttelettes d’eau liquide qui sont si légères qu’elles peuvent rester en suspension dans l’air pendant un certain temps. Ces petites gouttelettes sont générées par la condensation de la vapeur d’eau de l’eau chaude lorsqu’elle entre en contact avec du dioxyde de carbone gazeux froid (à 78,5 °C en dessous de zéro) qui est libéré par la sublimation de la neige carbonique.

Cette sublimation est considérablement accélérée lorsque la neige carbonique entre en contact avec l’eau chaude, ce qui libère de grandes quantités de gaz carbonique qui entraînent les gouttelettes de vapeur d’eau récemment condensées, formant le brouillard que l’on peut voir.

Parce que le dioxyde de carbone froid et le brouillard de minuscules gouttelettes d’eau sont plus denses que l’air, ils ont tendance à tomber et à traîner près du sol presque comme un liquide. Cependant, un petit courant d’air suffit pour soulever la brume et l’étaler, bien que cela raccourcisse la durée.

Pourquoi le brouillard se dissipe-t-il ?

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles le brouillard finit par disparaître. La première est que, à mesure que le brouillard se répand dans l’espace, la concentration des particules qui le composent diminue (il se dilue avec l’air), il paraît donc de plus en plus mince ou ténu. De plus, en se mélangeant à l’air chaud, le gaz carbonique se réchauffe également, ce qui réduit sa capacité à condenser davantage de vapeur d’eau de l’environnement. En revanche, lors de la chauffe, les petites gouttelettes d’eau présentes dans la brume auront tendance à s’évaporer à nouveau, redevenant de la vapeur d’eau invisible à nos yeux.

Quelques mesures de sécurité importantes

La neige carbonique n’est pas particulièrement dangereuse, car le dioxyde de carbone est une substance assez inerte chimiquement. Cependant, cela peut représenter un risque pour deux raisons :

• La neige carbonique est très froide. En fait, il fait beaucoup plus froid que la plupart des choses froides auxquelles nous sommes habitués. Un congélateur domestique refroidit à -20 °C au maximum, tandis que la neige carbonique est à -78,5 °C. Cela signifie que la neige carbonique est bien en dessous du point de congélation de l’eau, donc la toucher à mains nues peut provoquer des engelures sur la peau et des engelures.

• En se sublimant rapidement dans l’air, la neige carbonique peut produire des courants considérables de gaz carbonique, en particulier au niveau du sol, déplaçant l’air. Pour cette raison, s’allonger sur le sol près d’un échantillon ouvert de neige carbonique peut provoquer une suffocation.

Pour ces deux raisons, il faut toujours veiller à manipuler la neige carbonique avec des gants adaptés pour éviter les brûlures par le froid. De plus, nous devons faire attention à ne pas générer de brouillard de neige carbonique à l’intérieur où il y a un risque que quelqu’un s’endorme, car la suffocation par manque d’oxygène peut être mortelle. En général, travailler dans un endroit assez bien aéré suffit à éviter tout accident grave.

brouillard sans neige carbonique

Fonctionnant sur le même principe que le brouillard de glace carbonique, on peut générer un brouillard en utilisant de la glace normale, bien que l’effet soit beaucoup moins spectaculaire, et que le brouillard soit à peine visible. Si nous plaçons des glaçons dans une passoire au-dessus de l’eau chaude, le froid des glaçons condensera la vapeur, formant une fine brume que l’on peut voir sur les glaçons.

La raison pour laquelle l’effet avec la neige carbonique est plus spectaculaire est qu’elle se sublime très rapidement, générant un courant de gaz froid qui condense la vapeur et l’emporte. En revanche, la glace normale ne se sublime pas, elle ne génère donc pas le même courant de traînée que la neige carbonique. De plus, lorsqu’il commence à fondre, il n’est que de 0 ° C au lieu de -78,5 ° C, de sorte que l’air autour de la glace normale ne devient pas aussi froid que celui autour de la neige carbonique, ce qui limite la quantité de vapeur qui peut se condenser pour former du brouillard.

Les références

Aquae. (2021, 10 janvier). Comment faire de la brume maison facilement – ​​Fondation Aquae . Fondation Aquae. https://www.fundacionaquae.org/experimento-niebla-casera/

DOÑANA Biotech. (2017, 21 novembre). EFFET BROUILLARD avec GLACE SÈCHE [Vidéo]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=qqS6AGzg53k

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS et Herranz, ZR (2020). Chimie (10e ^éd .). McGraw Hill Education.

Comment faire de la FUMÉE avec de la GLACE SÈCHE . (2019, 17 novembre). Forêt fantastique. https://www.bosquedefantasias.com/recursos/experimentos-quimica/how-to-make-humo-hielo-seco

Gonzalez, D. (2021, 16 novembre). Quelle est la température idéale dans le réfrigérateur ? Euronique. https://www.euronics.es/blog/cual-es-la-temperatura-ideal-de-la-nevera/

Infrasal Médical. (sd). DIOXYDE DE CARBONE . Infrasal.com. https://www.infrasal.com/gases/carbon-dioxide