Как химическое вещество углекислота может пребывать в одном из трех состояний – газообразном, жидком и твердом. В твердом состоянии диоксид углерода больше известен как сухой лед, представляя собой белую ледяную массу, которая при “таянии” сразу преобразуется в газ, минуя жидкую фазу. И без того достаточно широкая сфера применения СО2, начиная от сварочного производства и заканчивая изготовлением пивного газа , благодаря такому свойству расширяется еще больше. Низкая температура и отсутствие жидкости позволяют активно применять углекислоту в пищевой промышленности и некоторых других областях жизнедеятельности человека.
Свойства и специфика изготовления твердого диоксида углерода
СО2 кристаллизуется при температуре ниже -78.3 ºС. При этом сохраняются основные свойства газа:
- отсутствие запаха и вкуса;
- нетоксичность;
- негорючесть.
При нормальном атмосферном давлении углекислый газ не может находиться в жидком состоянии. Этим и обусловлен эффект “сухости”, когда при повышении температуры из сухого льда сразу образуется густое облако СО2. Данный процесс называется сублимацией вещества.
Попытки получить диоксид углерода в твердой фазе датировались еще серединой 19 в., хотя поставить данный процесс на поток удалось только в следующем веке, после чего он постоянно совершенствовался. Сегодня технологическая цепочка производства замороженной углекислоты выглядит так:
- Под высоким давлением газ сжижается.
- Жидкий СО2 поступает в теплообменник, где доводится до температуры отверждения.
- Полученные снежные хлопья отправляются на формование, где преобразуются в гранулы или ледяные глыбы.
в контейнере
Для хранения диоксида углерода в замороженном состоянии необходимо поддерживать соответствующие температурные условия, иначе неизбежен процесс сублимации. Например, если сухой лед хранить в обычной морозильной камере, то интенсивность испарения варьируется от 1% до 10% в сутки.
Применение сухого льда
В обычных условиях углекислота не может долго находиться в твердом состоянии, однако длительность сублимации является достаточной, чтобы охлаждать другие продукты во время перевозок на большие расстояния. Настоящий бум популярности возник в 30-х годах прошлого века в США, когда это вещество стали активно применять при перевозке пищевых продуктов с помощью железнодорожного транспорта. Даже с учетом длительности поездок между западным и восточным побережьем, диоксид углерода прекрасно справлялся со своей задачей.
Охлаждающая способность углекислого газа становится полезна во время выездной торговли мороженым или другими скоропортящимися продуктами. Даже в аэропортах не могут обойтись без этого компонента, снабжая им термобоксы, которые способны сохранять свежие обеды на протяжении многочасового перелета.
Поскольку в процессе испарения ледяной углекислоты образуется сухой белый дым, это свойство часто применяется для создания дополнительных эффектов во время фотосессий или съемок видеоклипов. Также этот продукт очень популярен в ресторанном и барном деле. С его помощью охлаждают бокалы, о чем подробно было рассказано .
Варианты эксплуатации сухого льда не ограничиваются вышеперечисленными примерами, он также часто используется для хранения цветов, очистки поверхности от сложных загрязнений, хранения и транспортировки медпрепаратов, химических опытов и др.
Научные эксперименты:
Вопросы безопасности
Сам по себе газ СО2 является безопасным для человека, однако при работе с его охлажденным вариантом необходимо придерживаться следующих мер:
- Нельзя работать без защитных перчаток.
- При хранении и перевозке больших объемов льда следует контролировать постоянную проветриваемость помещения.
- Хранение в герметичных контейнерах может привести к их разрыву из-за возросшего внутреннего давления.
- Нельзя допускать прямого контакта отвержденного СО2 с продуктами питания, поскольку чрезмерно низкая температура может привести к непредвиденным реакциям и разложению продукта на компоненты.
- Для утилизации твердого диоксида углерода достаточно оставить его в помещении с открытыми окнами и подождать, пока он полностью испарится.
Приобрести углекислоту для реализации различных задач промышленности можно в компании «Промтехгаз» — одного из ведущих поставщиков газовой продукции и оборудования в Московском регионе.
Сухой лед — не тот лед, который мы привыкли представлять
Вы наверняка слышали о таком материале, как сухой лёд . Его очень активно используют в самых разных сферах, начиная от кулинарии, заканчивая фокусами и спецэффектами на .
Но если вы до сих пор не имели дело с этой вещью, для вас, возможно, станет сюрпризом, что это вовсе не лёд . Так называемый сухой лёд не имеет с водой абсолютно ничего общего. Это твёрдое состояние углекислого газа.
Сегодня это вещество достаточно популярно. Почему? Из-за двух свойств, которые отличают материал от обычной замороженной воды.
Во-первых , температура твёрдого углекислого газа – около минус восьмидесяти градусов по Цельсию. Поэтому, когда вы имеете с ним дело, нельзя долго держать его в руках без перчаток. Запросто можно получить обморожение.
Во-вторых , твёрдый углекислый газ никогда не тает. Жидкое состояние двуокиси углерода может сохраняться только под очень низким давлением. В условиях обычной окружающей среды вещество из твёрдого состояния сразу превращается в газ или, иначе, сублимируется.
Сухой лед в напитке не будет таять, а еще и выделять приятные пузырьки Любите напитки со льдом? Но при этом ненавидите, когда кубики в процессе таят, и на дне образуется невкусная вода? С этим материалом такой проблемы не возникнет. Мало того, он ещё и сделает ваш напиток газированным, так как при сублимации будут выделяться пузырьки газа.
Ну и, наконец, твёрдый углекислый газ – один из самых популярных материалов для разных фокусов, трюков и спецэффектов. Используя обычную тёплую воду, можно создать искусственный дым . Вещество можно заставить гореть, и при этом кусочки останутся целыми. А с помощью металла и этого материала можно создавать настоящую . В общем, способов произвести впечатление на публику, используя вещество, очень много.
Возникает вопрос: где взять? Самый простой способ достать вещь – сделать её самим. Причём приготовить его можно совершенно спокойно в домашних условиях. В интернете вы сможете найти множество , где люди делают вещество без особых сложностей.
Приготовление сухого льда в домашних условиях смотрите в этом видео:
Технология приготовления
Необходима плотная ткань, которая наденется на раструб огнетушителя Главное, что вам понадобится – углекислотный огнетушитель . Внутри баллонов таких огнетушителей – углекислый газ в жидком состоянии.
Также вам будет нужно плотное (лучше махровое) полотенце . Вместо полотенца можно использовать большой плотный носок, мешок, просто плотную ткань. Главное, чтобы можно было надеть на раструб огнетушителя.
- Вы надеваете полотенце на огнетушитель, заматываете и нажимаете на спусковой крючок. Из-за того, что двуокись углерода выходит слишком быстро, вещество не успевает переходит в газ полностью.
- Через какое-то время внутри полотенца получится что-то вроде снега. И вот ваш материал готов.
Огнетушитель при этом лучше положить на пол и держать очень аккуратно. На рычаг нажимать не резко, а плавно, маленькими порциями.
Важно! Как уже сказано выше – температура материала очень низкая. Поэтому когда вы будете проделывать эту операцию, обязательно наденьте перчатки . И держите руки максимально далеко от раструба. Иначе можно обморозить руки.
Сухой лед лучше всего делать прямо перед выходом к зрителям Вещество лучше не делать заранее.
- В твёрдом состоянии двуокись углерода сохраняется только при температуре, близкой к собственной (-80). Морозильная камера может помочь лишь немного замедлить процесс сублимации. Так что больше суток материал лучше не хранить.
- И ни в коем случае не держать в герметичной упаковке. При переходе в газ вещество расширяется, и может случиться взрыв.
С помощью огнетушителя вы получите нечто больше похожее на снег. Чтобы сделать красивые кубики, нужен пресс. Как пресс можно использовать ёмкость с плоским дном и стакан.
Как альтернативный вариант , сухой лёд продаётся в некоторых специальных магазинах, где его можно купить за разумные деньги. Но покупать, или готовить самим – решать вам. Равно как и что с ним потом делать. А здесь уже всё зависит от вашей фантазии.
Видео шоу с сухим льдом:
Ах, это лето, зной и мухи!
Когда на улице жарко, приятно поговорить о чем-нибудь холодненьком, вспомнить тележку с мороженым где-нибудь в парке. Холодильник без электричества! Что там внутри? Сухой лед! Почему он «сухой» и откуда берется?
Сухой лед - это замерзший углекислый газ, иначе диоксид углерода (CO2).
CO2, как и большинство веществ, может существовать в виде газа, жидкости и твердого тела - сухого льда.
При атмосферном давлении и комнатной температуре СО2 существует только в виде углекислого газа, который не имеет ни цвета, ни запаха и в полтора раза тяжелее воздуха.
В атмосфере Земли содержится около 0,03% углекислого газа, и он необходим для живых организмов и растений.
Знаете ли вы, что в природе CO2 содержится еще и в вулканических газах.
В Италии близь Неаполя есть, так называемая, «собачья пещера». Вход в пещеру - это самая высокая точка пещеры, дальше наклон вниз. Из-за вулканической деятельности в пещере усиленно выделяется и скапливается углекислый газ. Его концентрация в нижних слоях воздуха в пещере составляет около 70%. Для всего живого такое количество углекислого газа в воздухе смертельно, в том числе и для забегающих туда собак. Надо ли говорить, почему этой пещере дали такое имя.
Знаете ли вы , что человек при вдыхании воздуха даже с 8% содержанием СО2 в течение 30 минут задыхается. А в воздухе, выдыхаемом человеком, углекислого газа 4%.
Где же углекислый газ доставляет нам истинное наслаждение?
Конечно, в газированной воде!
Ее научились делать в конце 19 века после того, как был найден способ получения углекислого газа. СО2 хорошо растворяется в жидкостях, причем в спирте куда лучше, чем в воде, и чем ниже температура жидкости, тем лучше растворимость. Именно способность хорошо растворяться в воде позволило использовать СО2 в производстве газированных напитков. При растворении в воде СО2 образует угольную кислоту, которая улучшает вкусовые качества газированных напитков и не дает размножаться бактериям.
В магазинную газированную воду CO2 закачивается под давлением. Например, при давлении в 5 атм газирование воды происходит лучше, чем при нормальном давлении Поэтому-то и шипит газированная вода, когда вы открываете купленную бутылку. Газ выделяется до тех пор, пока жидкость не придет в равновесие с воздухом. «Убрать» газ из газированной воды совсем легко, если поместить ее под колокол вакуумного насоса и создать там низкое давление.
Под действием давления при температурах от -56 до 31о С углекислый газ легко сжижается и получается жидкая углекислота
.
В 1940 году научились производить жидкий СО2.
Поскольку критическая температура для СО2 выше комнатной (31 ° C), жидкий СО2 можно хранить под давлением в специальных герметических баллонах (критическая температура - это температура, выше которой CO2 при сколь угодно большом давлением невозможно перевести в жидкое состояние).
Внутри СО2-баллонов при комнатной температуре создают высокое давление (65-70 атм), равное давлению насыщенного пара, при котором жидкость и газ находятся в равновесии. В результате газ больше не образуется, и баллоны не взрываются.
Углекислота в баллонах применяется, например, в огнетушителях, для производства газированной воды, в пневматическом оружии, для накачивания шин и камер велосипедных колес.
Наконец-то дошли до сухого льда!
Если жидкую углекислоту из баллона, где она находится под большим давлением, вылить наружу, то она начинает стремительно испаряться. При испарении температура жидкости понижается, и не успевшая испариться вылившаяся углекислота замерзнет. В результате получится рыхлый углекислый "снег"
- замерзший углекислый газ.
Именно так впервые в 1834г. обнаружил сухой лед французский химик Чарльз Thilorier.
Как делают в промышленности сухой лед?
Промышленный способ получения сухого льда был разработан в 1923 году.
Принцип таков: очищенный углекислый газ сжижают, охлаждая его при высоком давлении, и хранят в больших емкостях. Для получения сухого льда жидкий СО2 подают в закрытую камеру гидравлического пресса, где понижают давление до атмосферного. При резком снижении давления из СО2 образуются рыхлый снег и очень холодный газ. Затем снег прессуют под давлением 30-50 атм и получают сухой лед, а газ откачивают, сжижают и возвращают в резервуар для хранения.
Современные установки выпускают сухой лед в виде крошки, гранул и брикетов.
Сухой лед при нормальном атмосферном давлении имеет температуру минус 78° C и обладает странным свойством - испаряться без перехода в жидкое состояние. Этот процесс называется «возгонка» или «сублимация». Испаряющийся при этом газ имеет очень низкую температуру и конденсирует в воздухе водяные пары, поэтому присутствие углекислого газа в воздухе можно определить косвенно по наличию тумана (или, как распространено говорить, дыма).
CO2 имеет тройную точку при температуре —57° С и давлении около 5 атм, поэтому при нормальном атмосферном давлении нельзя получить жидкую углекислоту (если тройная точка расположена при давлении выше атмосферного, то вещество не переходит в жидкое состояние при нормальных условиях). При низких давлениях и низких температурах вещество переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное. Отсюда и название «сухой» лед. Интересно, что этот любопытный эффект может возникать также и у воды, когда она подвергается воздействию вакуума.
Сухой лёд не проводит электричество и значительно легче льда обыкновенного.
Как же попроще получить сухой лед?
Удобнее всего вылить жидкую углекислоту из огнетушителя в матерчатый мешок. Здесь она будет свободно испаряться, мешок окутывается туманом, а внутри образуется « углекислый снег».
Сухой лед можно хранить очень долго в сосуде Дьюара, т.е. термосе. В крышке должно быть маленькое отверстие, через которое смогут выйти испарения сухого льда. Иначе внутри возникнет очень высокое давление, и сосуд может взорваться.
Это видео показывает, что происходит, когда сухой лед находится в плотно закрытой емкости. Через некоторое время в результате давления образовавшихся при испарении льда газов пробка вылетает.
Можно хранить сухой лед и в обыкновенном холодильнике. В промышленных масштабах его хранят и транспортируют в герметичных контейнерах, достаточно прочных, чтобы выдержать увеличение давления при повышении температуры.
Навряд ли на Земле вы найдете где-либо природный сухой лед … Другое дело на Марсе!
Знаете ли вы
, что ученым при помощи космических аппаратов удалось зафиксировать на Марсе плотные облака, состоящие из сухого льда - отвердевшего диоксида углерода.
Кроме того, в полярных областях Марса обнаружены дюны, покрытые твердым углекислым газом - сухим льдом.
Холодящее действие сухого льда (-79оС) гораздо сильнее, чем у льда обыкновенного. 1 кг сухого льда может заменить 15 кг льда из воды. А испаряется сухой лед в 5 раз медленнее, чем тает обыкновенный лед.
Сухой лед используется в технике, медицине и пищевой промышленности, в первую очередь, конечно, для охлаждения, хранения и перевозки пищевых продуктов, которые в углекислом газе не плесневеют и не гниют. В термоизолированном контейнере при помощи сухого льда продукты могут храниться от 5 до 7 дней.
Знаете ли вы
, что в современном мире сухой лед нашел применение и в очень необычных, интересных устройствах - это дым-машины или иначе генераторы тумана.
Придумали, например, машину для Хэллоуина, которая создает мыльные шары, наполненные туманом, или, например, дым-машины для представлений и концертов.
В состав генератора тумана входят емкость с сухим льдом и емкость с подогреваемой водой.
При быстром нагревании сухого льда его испарения создают плотный, холодный, белый туман из оксида углерода, который тяжелее воздуха и держится пеленой у земли. Этот холодный туман охлаждает окружающий воздух, что приводит к конденсации паров воды, содержащихся в воздухе, и туман еще более усиливается. Опусканием сухого льда на разную глубину в горячую воду можно регулировать количество получаемого тумана.
Сделайте туман (а может быть дым) сами:
В большую металлическую чашку налейте теплой воды, а затем добавьте в воду несколько гранул сухого льда. Вода тут же забурлит, и из стакана повалит густой белый дым-туман, образованный охлажденными парами воды. Это дым совершенно безопасен. Он будет стлаться по полу комнаты. Правда, лучше проделывать эту процедуру в проветриваемом помещении.
Сделайте сами
простенький опыт под названием «Поющий металл».
Положите металлическую ложку на сухой лед. При контакте металла с сухим льдом металл начинает издавать громкий пронзительный звук. В ложку можно налить немного воды для того, чтобы пронаблюдать процесс ее замерзания. В чем дело?
(Кстати, будьте осторожны, температура сухого льда - минус 70оС, температура ложки через некоторое время станет такой же! Не обожгите руки!)
Из-за газа, который постоянно образуется на поверхности сухого льда, каждый объект, находящийся на его поверхности может быть слегка приподнят. Если сунуть теплую монету в прорезь на куске сухого льда, она начинает дрожать и дребезжать. Но не от холода.
При контакте с сухим льдом, из-за постоянно образующихся при испарении у поверхности льда газов, образуется газовая подушка, которая поднимает монету. Затем газ выходит, и монета падает обратно. Это работает только до тех пор, как монета еще теплая, когда она остывает, ее движение становится незаметным.
Если положить кусок сухого льда на какой-либо легко резонирующий предмет, то возникнет громкий вибрирующий звук.
Под действием теплой чашки лед начинает усиленно испаряться и возникает газовая подушка, которая отталкивает его из кастрюли и создает вибрацию. В зависимости от материала подложки можно получить разные звуки по высоте и громкости.
В связи с возникновением газовой подушки, сухой лед легко скользит по теплой слегка наклоненной алюминиевой пластине.
Из-за наличия газовой подушки трение становится минимальным, и кусочки льда получают значительное ускорение.
Знаете ли вы , что бросив в пламя несколько кусочков сухого льда, можно быстро потушить горящий бензин.
Знаете ли вы , что сухой лед привлекает комаров. Если насыпать немного сухого льда, то комары полетят на испаряющийся углекислый газ и, скорее всего, забудут про вас. Наверно, это у них в генах, ведь углекислый газ является продуктом дыхания всех теплокровных.
Поскольку углекислый газ на 59% тяжелее воздуха, его можно переливать из одного сосуда в другой. СО2 не горит и не поддерживает горение. А в больших количествах может гасить пламя, вытесняя из воздуха кислород. В этом можно убедиться на следующем опыте.
Если зажечь свечу в стакане, а затем положить туда кусок сухого льда, так что свеча быстро гаснет.
Это объясняется тем, что при контакте с теплым стаканом сухой лед быстрее испаряется и заполняет большую часть стакана тяжелым углекислым газом.
Вытеснение кислорода и не дает свече гореть дальше. По этой же причине, виноделы часто берут с собой горящую свечу в винный погреб. Если она гаснет, значит, углекислого газа накопилось в погребе очень много, и он на уровне свечи. Поднимая и опуская свечу, они проверяют уровень углекислого газа в погребе, ведь в атмосфере углекислого газа горение свечи невозможно.
Еще более впечатляющей выглядит ситуация, когда тяжелый углекислый газ «наливают» в стакан с горящей свечой. Углекислый газ так тяжел, что, несмотря на поднимающийся теплый воздух от горящей свечи, опускается вниз на дно.
При испарении большого количества сухого льда должны быть приняты меры по вентиляции помещения. Поскольку CO2 тяжелее воздуха, он заполняет помещение, начиная снизу, и таким образом вытесняет кислород. При брожении вина также образуется углекислый газ, поэтому в подвальных помещениях - винных хранилищах нередки несчастные случаи.
Знаете ли вы
, что с помощью сухого льда можно менять погоду?
Облака, которые не дают ни капли дождя, можно «посыпать» сверху с самолетов дробленым на мельчайшие кристаллики сухим льдом. Сухой лед охлаждает облака и вызывает осадки.
Были опыты и по созданию облаков. При ясном небе быстро сбрасывали сухой лед в восходящие потоки воздуха и через некоторое время появлялись облака.
Как же увидеть
, сколько же углекислого газа набралось в стакане?
Уровень заполнения стакана углекислым газом можно сделать «видимым»», если пустить в стакан с сухим льдом мыльный пузырь.
Заполненный воздухом мыльный пузырь будет плавать в стакане по поверхности более тяжелого слоя углекислого газа, хотя внешне это выглядит, как будто пузырь просто плавает в воздухе внутри стакана. Через некоторое время пузырь начнет постепенно погружаться в углекислый газ и опускаться на дно стакана.
Если понаблюдать подольше, то можно получить замерзший мыльный пузырь! Однако, не пытайтесь достать из стакана замерзший мыльный пузырь руками, тоненькая ледяная стеночка мыльного пузыря очень хрупка.
А при добавлении мыльного раствора в смесь воды и сухого льда получаются великолепные мыльные пузыри, наполненные плотным туманом.
Если вы бросите кусок сухого льда в стакан с водой, то над стаканом возникнет туман. При контакте с водой испарение сухого льда происходит куда интенсивнее, чем на воздухе. Образующийся газ поднимается в виде пузырьков на поверхность воды. Поскольку газ по-прежнему еще очень холодный, он может конденсировать находящийся в воздухе водяной пар, который и наблюдается в виде тумана. Чем теплее вода и мельче куски льда, тем сильнее будет бурление воды.
Знаете ли вы , что воздушный шарик, наполненный углекислым газом, может усиливать звук. Проделайте простой опыт сами - подробнее здесь
Знаете ли вы , что существует технология криогенного бластинга - эффективной и безопасной очистки поверхностей с помощью высокоскоростной струи гранул сухого льда?
Знаете ли вы
, как можно исправить вмятину на капоте автомобиля?
Приложите (в рукавицах!) со стороны вмятины кусок сухого льда и подержите его прижатым некоторое время, а потом посмотрите, что произойдет!
А под конец захватывающее зрелище с сухим льдом!
Но, опасно, лучше самому не делать... ((
Если насыпать немного сухого льда в пластиковую коробку или бутылку, закрыть её крышкой, быстренько отбежать подальше и немного подождать, то скопившийся газ разорвет емкость в клочья. Точно так же можно запускать ракеты с водой, но для этого необходимы специальные приспособления.
А можно взять детский воздушный шарик, насыпать в него немного сухого льда, плотно завязать его и бросить в воду. Сначала шарик утонет, но по мере наполнения газом поднимется на поверхность и взорвется.
А знаете ли вы,
что такое картофельная пушка? Не знаете? Ну, и не надо...
Сухой лед - очень нужная и незаменимая вещь. Его можно использовать для поддержания постоянной низкой температуры, охлаждения каких-либо бытовых предметов в условиях высоких окружающих температур. Он находит широкое применение в промышленности, в качестве охладителя цистерн и рефрижераторов, в приготовлении пищи при создании кулинарных шедевров. Но не всегда имеется возможность приобрести сухой лед, когда он так необходим.
Существует несколько вариантов того, как добыть или сделать сухой лед своими руками на обычной кухне.
Что такое сухой лед
На самом деле эта субстанция не имеет ничего общего с замерзшей водой, то есть с обычным льдом, кроме способности поддержания низких температур или охлаждения чего либо. Формула сухого льда такая же, как и у - СО2. По сути дела, это газ, который переведен в твердое агрегатное состояние, минуя жидкую фазу.
С этим химическим соединением мы встречаемся каждый день. Оно содержится в выдыхаемом воздухе. Покупая в магазине газированную воду или напиток, вы не раз видели, как при открывании бутылки пузырьки углекислого газа устремляются наружу.
Большое его количество выделяется с транспортными и содержится в окружающем воздухе. Из-за способности угнетать процессы горения его используют в производстве огнетушителей бытового и промышленного назначения. Углекислый газ используется растениями для осуществления процесса фотосинтеза. Но выделение его из окружающей среды - очень трудоемкий и затратный процесс.
Получение сухого льда
Как бы абсурдно это ни звучало, но сухой лед - это газ. В промышленных масштабах его получают путем охлаждения углекислого газа при высоком давлении. В домашних условиях эти процессы осуществить не получится, т.к. необходимо специализированное оборудование и создание определенных условий. Тем не менее некоторые варианты того, как получить сухой лед своими руками, все же существуют.
из огнетушителя
Изначально для получения сухого льда понадобится огнетушитель, мешочек из плотной ткани и проволока или
К основанию раструба огнетушителя нужно прикрепить имеющийся мешок таким образом, чтобы не оставалось отверстий. Для уверенности его лучше заклеить скотчем или изоляционной лентой. Герметичность здесь играет очень важную роль. Далее стоит аккуратно снять предохранитель с рукояти огнетушителя и выпустить несколько струй углекислого газа нажатием на спускной клапан. Таким образом, углекислый газ, находящийся в баллоне огнетушителя под давлением, не успевает остыть и скапливается в мешке в виде порошка или кристаллов. Для того чтобы он не испарился, его нужно поместить в герметичную емкость или пакет и плотно закрыть.
Таким же способом можно получить сухой лед своими руками из углекислотного баллона, который используется для проведения сварочных работ. Вентиль баллона следует открывать очень медленно, поскольку давление газа в нем очень велико. Стоит быть предельно осторожным, чтобы не допустить попадания углекислого газа на кожу рук и лица, так как это может вызвать обморожение.
Сухой лед из пробирки
Следующий способ может пригодиться, если имеется доступ к самому простейшему лабораторному оборудованию. Если же такой возможности нет, то и в домашних условиях его можно использовать без особых проблем. Для этого понадобится огнетушитель, защитные очки, пищевая сода, уксус и прочный
Сухой лед своими руками можно получить в небольшом количестве при помощи нескольких простейших лабораторных опытов.
Для этого потребуется получить углекислый газ путем смешивания соды, которая имеется на любой кухне, и столового уксуса. Структура и формула сухого льда определяют его газообразное состояние. Для удобства сбора углекислого газа этот опыт следует проводить в стеклянной пробирке с Конец трубки следует поместить в воду. Поднимающиеся пузырьки углекислого газа будут наполнять другую пробирку, вытесняя собой воду. Для получения большего количества углекислого газа, им следует заполнить имеющийся полиэтиленовый пакет.
Для того чтобы получить сухой лед, температура которого очень низкая, понадобится углекислый газ и создание определенных условий. Это не представляется возможным осуществить в простой лаборатории или домашних условиях. Газ из пакета можно использовать как основу или субстрат для увеличения количества сухого льда. Но его нужно резко охладить. Для этого пакет с газом нужно закрепить на все том же источнике сухого льда, огнетушителе или баллоне, и выпустить несколько струй в пакет. Таким образом, сухой лед охладит углекислый газ из пакета, что поспособствует его выпадению в твердой фазе.
Использование сухого льда
Температура сухого льда настолько низкая, что ее будет достаточно для приготовления домашнего мороженого или других десертов, требующих охлаждения или быстрой заморозки. Также его можно использовать для охлаждения продуктов и напитков на выездном пикнике, но при этом стоит избегать контактов с влагой.
Сухой лед в воде начинает переходить в газообразное состояние, что сопровождается обильным выделением тяжелого густого дыма.
Техника безопасности
Перед тем как использовать огнетушитель для своих экспериментов, следует убедиться, что он углекислотный. На его корпусе должна присутствовать специальная информационная маркировка. Применение других типов огнетушителей не позволит получить ожидаемого результата и может быть опасным.
Не стоит пытаться получить сухой лед из баллонов для газового или пневматического пистолета. Вскрытие этих объектов крайне опасно и может привести к непредсказуемым последствиям. Во время работ с огнетушителем необходимо использовать защитные очки и перчатки, чтобы избежать попадания холодного углекислого газа на слизистые оболочки.
Огнетушитель на углекислоте лучше всего приобрести в соответствующем магазине. Тогда можно быть уверенным, что он полностью исправен. Сухой лед из него можно получать, периодически заправляя его, например, в пожарной части.
При атмосферном давлении, при понижении температуры газообразного диоксида углерода CO2 до уровня -78,5°C, происходит его десублимация, то есть прямой переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкую фазу. При давлении выше 5,1 бар, двуокись углерода проходит при охлаждении и жидкую фазу. Получающаяся твердая форма двуокиси углерода была, в свое время, названа сухим льдом как раз из-за того, что при повышении температуры твердый CO2 не тает, то есть не превращается в жидкость, а без следов испаряется, переходя в газообразное состояние. (Название «сухой лед» изначально было в 1925 году зарегестрировано как торговая марка американской компанией DryIce Corporation of America , впервые в истории начавшей коммерческое производство сухого льда для продажи его как охладителя. С тех пор, термин «сухой лед» перешел в разряд нарицательных, подобно, например, «ксероксу» как в английском, так и в русском языках, или «памперсам» в русском.)
Сухой лед представляет собой твердую субстанцию белого цвета, с плотностью, варьирующейся в диапазоне от 1,4 до 1,6 г/см³. Сухой лед имеет низкую как теплопроводность, так и электрическую проводимость.
Куски сухого льда
Производство сухого льда
Изготовление сухого льда представляет собой относительно несложный процесс, основными стадиями которого являются:
1. Получение оксида углерода-4 (он же CO 2) или газовой смеси с высоким его содержанием. В промышленности, диоксид углерода получают, в том числе, как побочный продукт синтеза аммиака из азота и природного газа, а также, опять же, побочный продукт при ферментации (брожении). Также, CO2 можно получить сжиганием углеводородного топлива и в ходе многих других химических реакций. В промышленности, с использованием специализированного оборудования, получение и выделение CO2 не сложно; в домашних условиях, сложность представляет не столько само получение диоксида углерода, сколько его сбор и изоляция от побочных продуктов той или иной реакции.
2. Сжатие газообразного диоксида углерода до давления ниже 5,1 атмосферы при его одновременном охлаждении до температуры ниже -56,4°C → происходит переход газа в жидкую фазу.
3. Затем, давление уменьшают. Расширяющаяся жидкая двуокись азота испаряется, активно поглощая тепло. Это быстрое охлаждение не дает испариться всему CO2 - часть его затвердевает, кристаллизуясь в похожие на снег хлопья. Это уже и есть твердый CO 2 - для того, чтобы превратить его в «полноценный» сухой лед, хлопья спрессовывают в бóльшие по габаритам куски, как правило, в форме брусков-параллепипедов массой порядка 30 кг или в форме небольших цилиндров диаметром около 1 см. Бруски удобны тем, что благодаря малой, относительно объема, площади поверхности они медленно сублимируются (испаряются). Цилиндрики же удобны при упаковке и широко используются при работе с небольшими количествами сухого льда, например, в лабораториях или в упаковке продуктов для отправки их конечному потребителю.
Использование сухого льда
Наиболее масштабно сухой лед используется для замораживания и поддержания в охлажденном состоянии пищевых продуктов, в том числе мороженого и газированных напитков, когда использование механического (циклического) охлаждения невозможно, неудобно или нежелательно по другим причинам. Как частный случай, можно упомянуть мгновенное замораживание, которое иногда используется для замораживания как продуктов, так и биологических образцов, лабораторных проб и т.д.
Другой сферой коммерческого использования сухого льда является создание искусственного сценического дыма - который все видели, но не все знают, что клубящиеся у пола дымовые завесы на сцене и танцевальных площадках создаются путем помещения сухого льда в воду, которая увеличивает скорость его сублимации (испарения). Собственно, искусственный дым можно, конечно, производить и другими способами, но отличие эффекта дымовых машин, использующих сухой лед, от других их типов заключается в том, что «дым» от CO2 стелется по земле - что обычно не требуется от промышленных или военных дымовых машин, но востребовано в декоративных целях.
Коммунальные службы иногда используют сухой лед для замораживания небольшого участка водяного трубопровода, при невозможности его изоляции более «конвенциональными» способами (например, при отсутствии отсечных вентилей): участок изолируется кожухом, в который подается жидкий CO2. Часть его испаряется, поглощает тепло, и оставшаяся бóльшая часть превращается в сухой лед, который, в свою очередь, начинает медленно сублимироваться, дальше поглощая тепло - что, в конечном итоге, приводит к замерзанию воды в трубе на строго изолированном участке, то есть образованию в трубе ледяной пробки.
Среди других бытовых применений сухого льда можно назвать такие «экхотические», как удаление бородавок, приманка насекомых (многих насекомых привлекает диоксид углерода) и охлаждение компьютеров.
В промышленности, основными применениями сухого льдя являются струйно-абразивная обработка поверхностей, удаление нежелательных газообразных примесей из резервуаров, заморажение воды в бесклапанных трубах, извлечение вкладышей из больших цилиндров оборудования или, наоборот, изготовление и сборка компонентов оборудования с высокой надежностью соединений.
При струйно-абразивной обработке поверхностей, небольшие гранулы сухого льда выстреливаются из сопла вместе со сжатым воздухом и, соударясь с очищаемой поверхностью, удаляют с нее чернила, краску, клей, резину, пластиковое покрытие и т.д. Струйная обработка сухим льдом имеет то преимущество перед пескоструйной, паровой, водяной или иной абразивной обработкой, что не оставляет жидких или твердых частиц на месте проведения такой обработки - сухой лед полностью испаряется, превращаясь в газообразную двуокись углерода.
При дегазации резервуаров хранения, в пустой резервуар засыпается сухой лед. Сублимируясь, он устремляется к выходу из резервуара, унося с собой горючие, ядовиты и прочие нежелательные примеси.
Сухой лед применяют для разборки или сборки плотно соединенных частей. Например, в больших цилиндрах, встречающихся в судовых двигателях внутреннего сгорания, обычно имеются вкладыши, предохраняющие стенки самого цилиндра от износа. Вставка вкладышей и их обратное извлечение производится с охлаждением их сухим льдом - охлаждаясь, вкладыш сжимается и свободно заходит или выходит из цилиндра. Будучи вставленным в цилиндр охлажденным, вкладыш затем нагревается, расширяется и очень плотно примыкает к стенке цилиндра. Аналогичным способом собираются и некоторые другие части с требуемой высокой надежностью соединений.
Бомба из сухого льда
Примитивная самодельная бомба состоит из контейнера (обычно, пластиковой бутылки), который на 20-30% заполняется водой. В бутылку помещают также некоторое количество сухого льда и плотно закрывают. Вода ускоряет сублимацию сухого льда, он испаряется, давление внутри бутылки растет, и она с шумом взрывается.
Доступность ингридиентов и простота создания делают самодельную бомбу с сухим льдом распространенным взрывчатым устройством. При этом, бомба может представлять серьезную опасность: например, в результате помещения в бутылку слишком большого количества льда и/или слишком высокой внешней температуры бомба может взорваться уже через несколько секунд, пока ее создатель еще находится близко (подразумевается, что стоять около снаряженной бомбы или, тем более, держать ее в руках никто не будет). В результате, можно получить повреждения от взрывной волны, от разлетающихся еще не сублимировавшихся кусков сухого льда, а также, при особом невезении, и повреждение слухового аппарата. Отдельным случаем является неразорвавшаяся бомба: с одной стороны, оставлять ее лежать нельзя; с другой стороны, приближаться к ней небезопасно. Неразорвавшуюся бомбу с сухим льдом нужно разорвать с безопасного расстояния, выстрелом или иным способом - целью должно являться повреждение целостности контейнера (бутылки или другого) и, как следствие, выпуск из него давления и обеспечение невозможности его роста внутри контейнера в будущем. Из стеклянных бутылок бомбы с сухим льдом делать не следует.
В большинстве стран бомбы с сухим льдом закон изготавливать запрещает. В России, например, подобные действия могут рассматриваться как «незаконное изготовление взрывных устройств» и, соответственно, подпадать под статью 223 УК РФ. Мы не знакомы с судебной практикой по таким делам, но, вероятно, возможность возбуждения уголовного дела будет определяться, во-первых, обстоятельствами и общественной опасностью конкретного случая изготовления бомбы, и, во-вторых, последствиями или отсутствием таковых. Что же касается результатов следственной и экспертной оценки того, подпадает ли бомба с сухим льдом под понятие «взрывного устроства», то можно с высокой вероятностью предположить, что эксперты дадут ответ «да».
В законах некоторых стран взрывные устройства запрещены, но определены как, например, только устройства, взрыв в которых обусловлен химической реакцией (что и происходит в случае «настоящих» взрывчатых веществ - динамита, тринитротолуола, пластита, аммонала и т.д. и т.п.); в бомбе из сухого льда же химических реакций не происходит, а имеет место только фазовый переход вещества из одного состояния в другое - то есть, в таких странах подобные бомбы легальны. Примером может служить американский штат Калифорния, закон в котором составлен настолько неквалифицировано, что действительно запрещает «герметичные контейнеры с сухим льдом», но только «собранные с целью организации взрыва посредством химической реакции« - видимо, калифорнийские законодатели не знали, как работает бомба с сухим льдом.