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Il ghiaccio secco che tutti conosciamo non è altro che anidride carbonica allo stato solido. Si tratta di un composto molto comune che ha la particolarità di poter passare dallo stato solido a quello gassoso senza passare prima dallo stato liquido, processo noto come sublimazione.
Alla pressione di 1 atm, il punto di sublimazione dell’anidride carbonica è -78,5°C, motivo per cui un blocco di ghiaccio secco esposto all’aria atmosferica si riscalda spontaneamente fino a -78,5°C e poi inizia a sublimare, rimanendo a quella temperatura fino all’evaporazione completamente. Il fatto che sia conservato a una temperatura così bassa e che venga consumato senza mai passare allo stato liquido è proprio ciò che giustifica il nome di ghiaccio secco per questa forma di anidride carbonica.
Questa stessa proprietà è anche ciò che lo rende particolarmente utile come refrigerante portatile facile da maneggiare e come fonte di un gas freddo utilizzato per generare “fumo finto” o nebbia di ghiaccio secco.
Come si ottiene la nebbia o il fumo di ghiaccio secco?
La formazione di nebbia di ghiaccio secco è molto semplice. Tutto ciò che serve è acqua calda e ghiaccio secco. I passi sono tre:
- Portare a ebollizione l’acqua e versarla in un contenitore termoisolante, come un contenitore in polistirolo espanso o polistirene espanso (EPS), un thermos aperto o un bicchiere Dewar (quest’ultimo può essere ottenuto in alcuni laboratori).
- Aggiungere un blocco di ghiaccio secco all’acqua bollente. È preferibile che sia un blocco abbastanza piccolo da stare nel contenitore con l’acqua calda, ma non troppo piccolo per evitare che evapori troppo velocemente. Immediatamente inizierà a formarsi una fitta nebbia, che traboccherà dal contenitore sui lati e gocciolerà sul pavimento.
- Se vuoi che la nebbia si alzi e copra più spazio, puoi usare un ventilatore per spostare l’aria.
Col passare del tempo, l’acqua calda si raffredderà a causa della bassa temperatura del ghiaccio secco. Ciò ridurrà gradualmente la quantità di nebbia prodotta. Inoltre, la nebbia tenderà a dissiparsi poiché l’anidride carbonica fredda si combina con l’aria calda circostante, che tende anche a ridurre l’effetto del fumo o della nebbia.
Processo per colorare il fumo di ghiaccio secco
In molte applicazioni è desiderabile produrre fumo o nebbie di diversi colori. Questo non può essere ottenuto direttamente nella nebbia poiché la nebbia può essere resa bianca solo dai due ingredienti utilizzati. Tuttavia, alla nebbia bianca può essere dato l’aspetto di un colore facendo brillare una luce colorata su di essa.
Poiché è bianca, la nebbia ha la capacità di riflettere tutti i colori della luce visibile. Per questo motivo, se facciamo illuminare la nebbia bianca con luce blu, rifletterà luce blu e quindi la vedremo come blu. Lo stesso accadrà con qualsiasi altro colore di luce che usiamo.
Come funziona la nebbia di ghiaccio secco?
Un errore comune nello spiegare la formazione della nebbia di ghiaccio secco è presumere che la nebbia che vediamo sia in realtà composta da anidride carbonica. Dopotutto, il ghiaccio secco è fatto di anidride carbonica solida, ed è quel composto che viene rilasciato come gas dal processo di sublimazione, giusto?
Questo è completamente vero. Il problema è che l’anidride carbonica è un gas incolore e, come tale, non possiamo vederlo. Ciò significa che il colore bianco della nebbia non può provenire dal ghiaccio secco. Quindi deve essere qualcos’altro.
Analizzando il secondo componente del nostro piccolo generatore di fumo finto, possiamo cadere in un secondo errore e pensare che la nebbia sia in realtà vapore acqueo. Tuttavia, con il vapore acqueo è lo stesso che con l’anidride carbonica gassosa: anche l’acqua gassosa è invisibile.
Quindi cosa vediamo veramente?
La nebbia, come le nuvole, è in realtà formata dalla condensazione di milioni di minuscole goccioline di acqua liquida, così leggere da poter rimanere sospese nell’aria per diverso tempo. Queste piccole goccioline sono generate dalla condensazione del vapore acqueo dell’acqua calda quando viene a contatto con l’anidride carbonica gassosa fredda (a 78,5 °C sotto zero) che viene rilasciata dalla sublimazione del ghiaccio secco.
Questa sublimazione viene notevolmente accelerata quando il ghiaccio secco viene a contatto con l’acqua calda, che rilascia grandi quantità di anidride carbonica gassosa che trascina le goccioline di vapore acqueo appena condensate, formando la nebbia che possiamo vedere.
Poiché sia l’anidride carbonica fredda che la nebbia di minuscole goccioline d’acqua sono più dense dell’aria, tendono a cadere e a strisciare vicino al suolo quasi come un liquido. Tuttavia, una piccola corrente d’aria è tutto ciò che serve per sollevare la nebbia e diffonderla, anche se questo a sua volta ridurrà la durata.
Perché la nebbia si dissolve?
Ci sono diversi motivi per cui la nebbia finisce per scomparire. La prima è che, man mano che la nebbia si diffonde nello spazio, diminuisce la concentrazione delle particelle che la formano (si diluisce con l’aria), quindi appare sempre più sottile o tenue. Inoltre, mescolandosi con l’aria calda, anche l’anidride carbonica si riscalda, riducendo la sua capacità di condensare più vapore acqueo dall’ambiente. Riscaldandosi, invece, le piccole goccioline d’acqua presenti nella nebbia tenderanno nuovamente ad evaporare, trasformandosi nuovamente in vapore acqueo invisibile ai nostri occhi.
Alcune importanti misure di sicurezza
Il ghiaccio secco non è particolarmente pericoloso, poiché l’anidride carbonica è una sostanza chimicamente abbastanza inerte. Tuttavia, può rappresentare un rischio per due ragioni:
- Il ghiaccio secco è molto freddo. In effetti, è molto più freddo della maggior parte delle cose fredde a cui siamo abituati. Un congelatore domestico raffredda al massimo fino a -20 °C, mentre il ghiaccio secco è a -78,5 °C. Ciò significa che il ghiaccio secco è ben al di sotto del punto di congelamento dell’acqua, quindi toccarlo a mani nude può causare congelamento alla pelle e congelamento.
- Sublimando rapidamente in aria, il ghiaccio secco può produrre notevoli correnti di anidride carbonica, specialmente a livello del suolo, spostando l’aria. Per questo motivo, sdraiarsi a terra vicino a un campione aperto di ghiaccio secco può causare soffocamento.
Per questi due motivi, dobbiamo sempre assicurarci di maneggiare il ghiaccio secco utilizzando guanti adeguati per evitare ustioni da freddo. Inoltre, dobbiamo stare attenti a evitare di generare una nebbia di ghiaccio secco all’interno dove c’è la possibilità che qualcuno si addormenti, poiché il soffocamento per mancanza di ossigeno può essere fatale. In generale, è sufficiente lavorare in un luogo abbastanza ventilato per evitare gravi incidenti.
nebbia senza ghiaccio secco
Lavorando sullo stesso principio della nebbia di ghiaccio secco, possiamo generare una nebbia usando il ghiaccio normale, anche se l’effetto è molto meno spettacolare e la nebbia è appena visibile. Se mettiamo dei cubetti di ghiaccio in un colino sopra l’acqua calda, il freddo dei cubetti di ghiaccio condenserà il vapore, formando una sottile nebbia che possiamo vedere sui cubetti di ghiaccio.
Il motivo per cui l’effetto con il ghiaccio secco è più drammatico è perché sublima molto rapidamente, generando una corrente di gas freddo che condensa il vapore e lo porta via. Al contrario, il ghiaccio normale non sublima, quindi non genera la stessa corrente di trascinamento del ghiaccio secco. Inoltre, quando inizia a sciogliersi è solo 0 °C invece di -78,5 °C, quindi l’aria intorno al ghiaccio normale non diventa fredda come quella attorno al ghiaccio secco, il che limita la quantità di vapore che può condensarsi per formare la nebbia.
Riferimenti
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