Сухой лед | Журнал Популярная Механика
Сухой лед — это очень простое вещество, твердая фаза CO2. Продается он свободно и используется, например, для транспортировки пищевых продуктов или очистки технических поверхностей. Но в домашней лаборатории сухой лед превращается в бесценный источник экспериментов. Например, его испарения можно поймать в мыльный пузырь.
Фокус сухого льда в том, что он из твердого состояния сразу переходит в газообразное без промежуточной жидкой фазы (такой процесс называется сублимацией). Температура сублимации диоксида углерода составляет -78,5°С. Сухой лед свободно продается в двух формах — брикетами и гранулами. Для опытов удобнее использовать гранулы, поскольку они небольшого размера, их проще дозировать. С другой стороны, сухой лед — расходный материал: за день в пенопластовом контейнере испаряется до 15% его массы.
Принцип опыта
Большая часть опытов с сухим льдом основана на одном и том же принципе. Дело в том, что при контакте с водой сухой лед начинает бурно переходить из твердого состояния в газообразное, и выглядит это как кипение, только со значительно более ярким и характерным парообразованием. Причем испаряющаяся двуокись углерода тяжелее воздуха (плотность 1,9768 кг/м3 против 1,225 кг/м3), и потому «дым» стелется по поверхности, окружающей емкость с водой, а не поднимается вверх.
2. Смазываем мылом края емкости с водой. Берем тряпичную ленту (например, вырезанную из старой наволочки) и погружаем ее в мыло.
Экспериментатор наливает в емкость воду, а затем бросает туда лед. Чем теплее вода, тем быстрее лед будет испаряться, тем короче и визуально эффектнее реакция. Вот здесь-то и возникает разделение на опытные направления. Первый вариант — это позволить ледяному пару спокойно выходить наружу и наблюдать за его распространением.
3. Бросаем в воду сухой лед — достаточно примерно половины от объема воды. Чем больше вы используете льда, тем более активным будет парообразование.
Второй вариант — ограничить ареал распространения пара, то есть, иначе говоря, испарять лед в замкнутом пространстве. Если делать это, например, в закрытой пластиковой бутылке, из нее выбьет пробку (или вообще разорвет — никогда подобного не повторяйте!), поскольку в газообразном состоянии CO2 занимает значительно больше места (плотность газа, напомним, 1,9768 кг/м3, а твердой фазы — 1560 кг/м3). Но делать это с бутылками достаточно опасно, значительно интереснее и проще надуть двуокисью углерода мыльный пузырь.
4. С помощью мыльной ленты аккуратно натягиваем на емкость мыльную пленку. Двуокись углерода окажется запертой внутри, начнет надуваться огромный мыльный пузырь (чаще всего в совокупности с множеством мелких).
Меры предосторожности:
При грамотном использовании сухой лед совершенно безопасен, как и обычный, водяной. Но необходимо соблюдать определенные меры предосторожности:
1) Обязательно используйте перчатки и никогда не допускайте длительного контакта сухого льда с кожей. Его температура -78,5 С ниже нуля, и можно получить холодный ожог. Достаточно простых матерчатых перчаток.
2) При транспортировке и хранении льда обязательно оставляйте в емкости два-три мелких отверстия диаметром по паре миллиметров. Это предохранит емкость от разрыва. Никогда не помещайте лед в герметичный контейнер.
3) Старайтесь минимально вдыхать испарения CO2 — это моэет вызвать головную боль.
Статья «Ловля ледяного дыма» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2014).Сухой лёд
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Однажды я ходил к другу на день рождения. В праздничной программе были необычные опыты, которые проводили аниматоры. Позже я узнал, что это были опыты с сухим льдом. Они мне очень понравились. Я решил узнать, что это за вещество – сухой лёд, где его используют и в домашних условиях провести опыты с сухим льдом.
Объект исследования: сухой лёд.
Предмет исследования: процесс взаимодействия сухого льда с различными средами.
Цель работы: узнать, что такое сухой лёд, где его используют и в домашних условиях провести опыты с сухим льдом.
Задачи:
1) изучить литературу по теме исследования;
2) определить понятие «сухой лёд»;
3) узнать историю создания сухого льда;
4) познакомиться с технологией получения сухого льда;
5) узнать, в каких сферах используют сухой лёд;
6) выяснить пользу и вред сухого льда;
7) провести опыты с сухим льдом в домашних условиях.
Гипотеза: если помещать сухой лёд в различные среды, то можно наблюдать интересные, яркие и красивые явления.
Методы исследования:
1) анализ литературы;
2) наблюдение;
3) эксперимент;
4) метод обобщения результатов исследования.
При написании данной работы были использованы научная литература, статьи в периодических изданиях Российской Федерации. Основными источниками, раскрывающими теоретические основы работы, явились работы Вукаловича М.П., Алтунина В.В., Тезикова А.Д. В данных источниках подробно рассмотрены понятие, свойства, области применения, условия хранения сухого льда.
Личный вклад автора состоит в том, что обобщена и систематизирована информация о сухом льде, в проведении опытов, которые подтверждают возможность их проведения в домашних условиях.
Глава 1. Теоретическая часть исследования
Определение понятия «сухой лёд»
Как известно, вода имеет три состояния и одним из них является самый обычный лед, получить который даже в домашних условиях не составляет труда. Всё, что для этого нужно, это налить воду в формочку и охладить ее до 0°С. А вот то, что лёд может быть представлен в разном виде известно не каждому. Самым популярным на сегодняшний день является сухой лёд [7].
«Сухой лёд» - это замороженный углекислый газ CO2. При обычных
условиях (атмосферном давлении и комнатной температуре) он переходит
сублимация или возгонка [7].
По внешнему виду он напоминает обычный лёд (отсюда название). А
сухим называется потому, что он вовсе не тает, образуя воду, а сразу
переходит в газообразное состояние. Сухой лёд имеет температуру — 78,5ºС [5].
История изобретения сухого льда
Первым создал сухой лёд французский химик Чарльз Тилори. Это произошло в 1834 году. В те времена это открытие не нашло ещё своего потребителя.
Название «сухой лёд» изначально было в 1925 году зарегистрировано как торговая марка американской компанией DryIceCorporationofAmerica, впервые в истории начавшей коммерческое производство сухого льда для продажи его как охладителя [6].
С этого времени в США стали применять «быструю заморозку» и охлаждение продукции с применением сухого льда. В основном, это были продукты питания, перевозимые железнодорожными вагонами. В 1932 году производство сухого льда значительно увеличилось и достигло цифры в 55 тысяч тонн. С этого времени производство и потребление сухого льда стало возрастать и начало приобретать промышленные масштабы.
Одним из важнейших конкурентных преимуществ сухого льда перед обычным льдом является то, что его холодопроизводительность в 2 раза выше, учитывая одинаковую температуру.
Кусочек сухого льда (или гранула) напоминает снег в прессованном виде, а не лёд. Производится сухой лёд в двух видах: гранулированный или блочный.
В настоящее время более востребованным у потребителя считается гранулированный сухой лёд, так как он обладает более плотной структурой, его дозированное применение намного экономичнее и удобнее. Также, использование блочного сухого льда во многих производствах невозможно, поэтому его приходится дробить, применяя крешер – специальный прибор для измельчения сухого льда, данная процедура занимает некоторое время, что является причиной для снижения производительности труда [3].
В промышленных масштабах сухой лёд стал производиться сравнительно недавно: в конце 70-х годов ХХ века.
1.3. Технология получения сухого льда
В промышленности
В сухой лёд переходит углекислый газ при охлаждении и сжатии. Сам газ для сухого льда получают несколькими способами. В промышленности его делают из продуктов разложения доломита или известняка, печных газов. Смесь газов обрабатывают карбонатом калия. Образуется гидрокарбонат, раствор которого при понижении давления и производит углекислоту. Для пищевой промышленности применяют газ из спиртового брожения.
Углекислый газ также получают при разделении воздуха. Он является побочным продуктом извлечения чистого кислорода, аргона и азота.
В лаборатории небольшие количества сухого льда получают путём химической реакции гидрокарбонатов и карбонатов с кислотами [4. С. 28].
В домашних условиях
Для получения сухого льда используется жидкая углекислота, находящаяся под давлением. В домашних условиях получить такое давление невозможно, поэтому можно взять уже готовое вещество. Находится оно, например, в углекислотном огнетушителе типа ОУ. Для получения сухого льда нужно надеть защитные очки и плотные перчатки. Снять пломбу и вынуть предохранительную чеку. Взять плотный мешок и надеть его на раструб огнетушителя. Нажать рычаг и выпустить немного находящейся под давлением углекислоты. Она должна попасть в мешок [4. С. 36].
Свойства сухого льда:
— температура около — 78,5ºС;
— при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, переходит в парообразное состояние, минуя состояния жидкости;
— не имеет запаха, цвета и вкуса;
— не токсичен;
— не горюч [1. С. 94].
Хранение сухого льда
Сухой лёд хранят в изотермических контейнерах, которые дополнительно охлаждаются. В них сублимация значительно снижается.
В домашних условиях хранить сухой лёд можно в герметичных пенопластовых коробках (толщина стенок пенопласта должна быть не меньше 3 см) помещённых в морозильную камеру. [1. С. 108].
1.4. Области применения сухого льда
Большинство людей считает, что сухой лёд может использоваться только в промышленных целях, однако, на самом деле это не так. Области применения сухого льда обширны и разнообразны.
В пищевой промышленности для охлаждения продуктов
Применяется в морозильных блоках или камерах, где хранятся продукты питания (мороженое и т.д.). Одно из уникальных свойств: при повышении давления сухой лёд испаряется, не оставляя водяных следов, поэтому он очень удобен в эксплуатации [4. С. 48].
Для создания спецэффектов во время театральных постановок Сухой лед используют для демонстрации эффективной и безопасной дымовой завесы. Её можно получить, поместив вещество в специальную дымовую машину [4. С. 48].
В ресторанной сфере для приготовления коктейлей со спецэффектами и оформления столов
Есть целый ряд алкогольных напитков, приготовление которых основывается на использовании диоксида углерода. Если маленький кусочек сухого льда опустить в жидкость, то на её поверхности появятся белые пузыри, дым, и она забурлит. [4. С. 48].
Также с его помощью часто оформляют столы для фуршетов: выкладывают CO2 в красивую посуду на высокой ножке, а в неё помещают блюдо меньшего размера с морепродуктами или на основе свежего фарша. Такая подача эффектно смотрится и сохраняет прохладную температуру[4. С. 49].
Чтобы сделать газированную воду
Опустив небольшой кусочек сухого льда в обычную воду, за считанные секунды можно получить эффект газировки. Такие напитки и в промышленной сфере изготавливают именно с использованием диоксида углерода [4. С. 43].
Для очистки многокомпонентного оборудования, которое не разбирается на мелкие запчасти
Микрочастицы сухого льда хорошо очищают оборудование в типографиях, производственных цехах, проникая во все отверстия машин [4. С. 49].
Для тушения пожаров
По специальной технологии двуокись углерода можно сжать и наполнить ею баллоны, которые предназначены для тушения горючих жидкостей, двигателей и сооружений, находящихся под напряжением. Дело в том, что CO2 не электропроводен, попадая в воздух, он уменьшает концентрацию кислорода, и пожар прекращается [4. С. 45].
Цветоводство
Если вы хотите, чтобы цветы дольше радовали вас, насыпьте на поверхность почвы немного сухого льда, который создаст эффект охлаждения и поможет задержать момент распускания. Чтобы не навредить растению, следите за тем, чтобы оно не соприкасалось с гранулами непосредственно [4. С. 56].
Сантехнические работы
Изредка данное вещество используют в тех случаях, когда нужно изолировать небольшой участок трубопровода. Для этого на него надевают специальный кожух, под который подается жидкий углекислый газ либо закладывается сухой лёд. В процессе испарения он поглощает большое количество тепла, приводя к образованию так называемой «ледяной пробки» (это единственный способ остановить на время циркуляцию воды, если отсутствуют отсечные вентили) [4. С. 54].
Отделочные работы
Если нужно избавиться от старой керамической плитки, то для облегчения работы стоит посыпать её поверхность сухим льдом и подождать, пока он испарится. В результате отдельные элементы сожмутся, и убрать их будет легче. В целом это достаточно трудоёмкий способ, однако он идеально подходит для тех случаев, когда нужно заменить поврежденный фрагмент, состоящий всего из нескольких плиток [4. С. 52].
Медицина
Также сухой лед пользуется популярностью в медицине. С его помощью можно быстро и эффективно заморозить биологические образцы, чтобы затем подвергнуть их анализу или поместить на хранение в специальные резервуары. Сухой лед также широко используется при перевозке донорской крови и трансплантатов [4. С. 51].
1.5. Польза и вред сухого льда
Тот факт, что это вещество используют в таких разных сферах, уже говорит о том, что оно обладает целым рядом полезных свойств. Даже в повседневной жизни мы каждый день сталкиваемся с продуктами, в состав которых входит диоксид углерода, но не замечаем этого.
Полезные свойства газа
Продлевает срок годности продуктов питания.
Диоксид углерода обозначается кодом Е290 и используется как консервант в пищевой промышленности. Его наличие в продукте говорит о том, что сроки хранения увеличены, но при этом все технологические нормы учтены. Он входит в состав консервантов молочной и мясной продукции [6].
Разрыхляет тесто.
Двуокись углерода часто используется кондитерами, потому что этот ингредиент «поднимает» тесто для сладкой выпечки не хуже дрожжей [6].
Удобряет почву, способствуя увеличению урожая.
Правда, применять этот вид удобрения желательно в закрытых помещениях, например, в оранжерее. Сухой лед в газообразном состоянии благотворно влияет на почву и любые растения, улучшая их состояние, продлевая период цветения [7].
Обладает притягивающим ароматом для комаров.
Это позволяет использовать его как приманку для этих насекомых [7].
Помогает бороться с грызунами.
Часто подробленный сухой лед применяют для борьбы с мышами на производстве, где нельзя использовать химические порошки или любую другую отраву. В норку мыши нужно насыпать мелкого сухого льда — он плотно закроет отверстие, не пропуская кислород. Для получения 100% результата важно, чтобы нора не имела еще одного отверстия [6].
Вред сухого льда на организм
Углекислый газ в любом виде считается безопасным для человека веществом. Однако при контакте с CO2 нужно быть внимательным, потому что иногда это вещество всё-таки может привести к проблемам [6].
Какой вред может принести сухой лёд:
Провоцирует проблемы с желудком.
Любители газированной воды должны относиться с чувством меры к такой жидкости. В её составе также есть CO2, и если у человека имеются минимальные проблемы с желудочно-кишечным трактом, это вещество их только усугубит. Самые известные последствия — отрыжка, изжога, вздутие [8].
Может вызвать ожог.
Сухой лёд — жгуче-холодный продукт, температура которого составляет — 78,5ºС. Если работать с ним без перчаток, можно за считанные секунды получить сильный ожог [6].
При неправильном хранении может стать причиной травмы.
Для хранения сухого льда нельзя пользоваться пластиковыми или стеклянными бутылками, потому что в результате испарения это вещество имеет свойство расширяться в сотни раз. Это может стать причиной сильного взрыва, который будет опасен для человека [6].
Может вызывать головокружение.
Несмотря на то, что это вещество безопасно и нетоксично, любые манипуляции с сухим льдом советуют проводить в просторном помещении, где в любой момент можно открыть окна и проверить его. В редких случаях углекислый газ может вызывать лёгкое недомогание [6].
Чтобы не допустить возможного вредного воздействия вещества на кожу, работать стоит без колец на пальцах. Особенно тщательно нужно следить, чтобы ледяная крошка сухого льда не попала в глаза – это может привести к сильному раздражению. Если это случилось, нужно умыться прохладной водой.
Глава 2. Практическая часть исследования
Опыты с сухим льдом в домашних условиях
При проведении опытов с сухим льдом мы заметили следующие интересные явления.
1 опыт
Мы взяли ложку и прижали ею сухой лёд, услышали звук, вызванный микровибрациями ложки при возгонке льда.
2 опыт
В ёмкость с сухим льдом мы добавили воду, окрашенную пищевой краской, вода окрасилась, но газ остался белого цвета.
3 опыт
Я взял маленький кусочек сухого льда закупорил в бутылке с водой и взболтал. Лёд полностью растворился и получилась газированная вода. Но если положить слишком много сухого льда, то бутылка может взорваться. Вкус воды не изменился.
4 опыт
Мы взяли пустую колбу, налили в неё горячую воду и бросили немного сухого льда. Колбу закупорили пробкой. Через несколько секунд пробка выстрелила. Давление – удивительная вещь, именно благодаря ему, пробка выстреливает. [2. С. 73].
5 опыт
Надев перчатку, я взял сухой лёд и бросил в тёплую воду, пошёл пар белого цвета, похожий на кипение воды, вызванный переходом из твёрдого состояния льда в газообразное. Добавив воду погорячее, пар становился гуще.
6 опыт
В ёмкость с тёплой водой мы добавили сухой лёд и жидкое мыло. Появились пузырьки на поверхности воды. Прикоснувшись к пене, пузырики лопнули, газ красиво выбрался наружу.
7 опыт
Мы смазали мылом края ёмкости с водой. Взяли тряпичную ленту и погрузили её в мыло. С помощью мыльной ленты аккуратно натянули на ёмкость мыльную плёнку. Двуокись углерода оказалась запертой внутри и начал надуваться огромный мыльный пузырь.
8 опыт
Надев перчатку, я взял бутылку и в верхней части сделал отверстие. В отверстие вставил трубочку. Насыпал внутрь бутылки сухой лёд. Налил в бутылку немного воды. Опустил конец трубочки в раствор для мыльных пузырей. Получились мыльные пузыри, наполненные углекислым газом.
Заключение
Предметом нашего исследования выступалзамороженный углекислый газ CO2, также известный как сухой лёд. В работе мы рассмотрели его свойства, технологию получения, а также области применения сухого льда. Мы постарались доказать актуальность применения данного вещества и пользу его использования в различных областях жизни.
В данной исследовательской работе мы показали, что области применения сухого льда разнообразны: в домашних условиях, в творчестве (театр), на производстве и даже в медицине.
Больше всего нам понравилось проводить опыты с сухим льдом! Большая часть опытов с сухим льдом основана на одном и том же принципе: при контакте с водой сухой лёд начинает бурно переходить из твёрдого состояния в газообразное, выглядит это как кипение, только со значительно более ярким и характерным парообразованием. Причём, испаряющийся диоксид углерода, тяжелее воздуха и поэтому пар стелется по поверхности окружающей ёмкости с водой, а не поднимается вверх. Его нахождение в тёпловой воде сопровождается очень красивым выделением огромного количества газа. А главное, что этот газ совершенно безопасен.
В результате практической части нашего исследования гипотеза подтвердилась. Я увидел, что если помещать сухой лёд в различные среды, то можно наблюдать очень интересные, яркие и красивые явления.
Цель данной исследовательской работы — узнать, что такое сухой лёд, где его используют и в домашних условиях провести опыты с сухим льдом – достигнута.
Список использованных источников и литературы
Вукалович М.П., Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода, – М., 1965.
Геккер. И. Научные эксперименты дома, – 2011.
Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 1. – 1992.
Тезиков А.Д. Производство и применение сухого льда. – М., 1960.
Интересные факты про сухой лёд. URL: https://i-fakt.ru/interesnye-fakty-pro-suxoj-led (дата обращения: 27.10.2018).
Сухой лёд. Задумка. URL: http://www.zadumka.org/suxoj-led (дата обращения: 27.10.2018).
Сухой лёд. Описание, вред и противопоказания. URL: http://vkusnoblog.net/products/suhoy-led (дата обращения: 27.10.2018).
Сухой лёд: предназначение, добыча, варианты использования. URL: https://tutknow.ru/family_and_children/5698-kak-samomu-sdelat-suhoy-led-v-domashnih-usloviyah.html (дата обращения: 27.10.2018).
Можно ли пить сухой лёд в напитках
Всем известно о таком агрегатном состоянии воды, как лед. Чтобы вода заледенела, достаточно поместить ее в условия минусовой температуры и продержать там несколько часов. В подобное состояние могут переходить вообще все жидкости и большинство существующих в природе газов, например, диоксид углерода, из которого производят «сухой лед». Это очень интересное вещество, которое обладает уникальным свойством сразу переходить (сублимироваться) в газообразное состояние, минуя жидкостную стадию. То есть: он испаряется в течение какого-то срока или почти мгновенно, не образуя при этом луж. Данное вещество не является льдом, несмотря на схожесть во внешнем виде, экстремально низкую температуру и способность мгновенно охлаждать какие-либо объекты. По сути – это затвердевший углерод, который производится на специальных промышленных установках. Наша компания предлагает купить сухой лед в Москве для последующего его применения в напитках.Как производится
Для производства этого продукта из атмосферной среды извлекается углекислый газ, который проходит очистку от прочих примесей и сжижается под высоким давлением в специальные емкости. Параллельно с процессом сжижения происходит резкое охлаждение углерода. Чтобы получить сухой лед, сжиженный и очищенный CO2 пускают в герметичную камеру, которая находится под воздействием гидравлического пресса. Давление в этой камере снижается настолько, что достигает уровня атмосферного, вследствие чего диоксид углерода превращается в снег, а тот, в свою очередь, спрессовывается под давлением в твердое состояние. Незаледеневший в ходе прессования газ, откачивается и возвращается обратно в резервуар.Свойства продукта
На выходе из пресса получается вещество, которое обладает температурой минус 78 градусов по Цельсию. Оно имеет несколько характерных особенностей, о которых говорилось выше:- Испаряется, минуя жидкое состояние
- Образует туман
Сфера применения
У нас можно купить сухой лед оптом или в розницу для применения в самых различных сферах деятельности. Но чаще всего он приобретается для таких целей:Хранение пищевых продуктов
Обладая предельно низкой температурой, даже небольшое количество этого вещества способно быстро и эффективно охлаждать пищевые продукты. Причем, это будет «сухая» заморозка, в ходе которой замороженное блюдо, овощ или фрукт не будут обрастать корками льда и лишним весом. Стоит отметить, что диоксид углерода препятствует появлению и разведению на пище грибков и бактерий, что увеличивает срок ее хранения.Средство презентации продуктов
Если бросить немного колотой углекислоты в воду, то можно наблюдать эффект кипения и парообразования жидкости. За это свойство сухой лед предпочитают в ресторанном бизнесе, например, при подаче бутылки шампанского.Можно ли его пить
Сам лед пить, конечно же, нельзя, но зато его можно бросить в напиток, чтобы мгновенно его газировать, охладить и подать с интригующей белой дымкой, чем и пользуются бармены во всем мире для создания таких коктейлей:- завтрак с Сальвадором Дали;
- Ромул и Барбара;
- Ти Панч.
Цена сухого льда оптом в Москве
Если брать его у нашей компании, то цена сухого льда оптом в Москве будет совсем небольшой. Также она будет выгодной для мелкооптовых и розничных покупателей. Мы продаем не только затвердевший диоксид углерода в любых количествах, но и емкости для его удобного и безопасного хранения.Этот шипящий сухой лед — Класс!ная физика
Этот шипящий сухой лед
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 …
УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА «СУХОГО ЛЬДА»
УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА «СУХОГО ЛЬДА»
Коншу А.С. 11БОУ СОШ №7, г. Омск, 2 класс
Захарова О.М. 11БОУ СОШ №7 г. Омск
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Актуальность темы исследования. Летом я часто хожу на работу к моей маме, она работает врачом в больнице. Однажды я увидела, как мама отправляет в другую страну в контейнере со льдом лекарственные препараты и пробирки с анализами. «Внутри контейнера находится лед?» — поинтересовалась я. «Да, но это не обычный лед, а сухой! Благодаря ему лекарства и анализы прибудут в место назначения и не испортятся» — ответила мама.
У меня сразу возникло множество вопросов, почему этот лед называется «сухим», откуда он берется, чем отличается от обычного льда, какими свойствами обладает и где еще его можно использовать? Поэтому я решила изучить литературу об этом веществе, провести опрос знаний о «сухом льде» среди ребят своего класса, а также поэкспериментировать с ним в домашних условиях.
Как известно вода имеет три состояния и одним из них является обычный лед, получить который даже в домашних условиях не составляет труда. Достаточно остудить воду до температуры, близкой к 0⁰С, предварительно взяв любую формочку. В то же время, далеко не каждому известно, что лед может быть представлен в различных формах. Наиболее популярен в настоящее время «сухой лед», так как главным его преимуществом перед обычным льдом является выделение колоссального количества холода. Это и многие другие свойства «сухого льда» массово используются в различных отраслях и в быту, что подтверждает актуальность данного исследования.
Предмет исследования:«сухой лёд».
Гипотеза: При помещении «сухого льда» в различные среды наблюдаются явления, обусловленные его уникальными свойствами.
Цель исследования – изучить и экспериментально продемонстрировать уникальные свойства «сухого льда».
Задачи исследования:
1. Изучить литературу о «сухом льде» и его свойствах;
2. Узнать области применения «сухого льда», технологию его производства и хранения;
3. Провести опрос знаний о «сухом льде» среди учеников своего класса;
4. Выявить сходства и отличия «сухого льда» от обычного льда;
5. Экспериментально изучить свойства «сухого льда» в домашних условиях.
Научная новизна: Получены новые знания о свойствах «сухого льда». Экспериментальным путём выявлено уникальное свойство «сухого льда» – переход из твердого в газообразное состояние минуя жидкую фазу (сублимация). Выявлены принципиальные отличия между «сухим» и обычным льдом, которые обусловлены различным строением и свойствами этих веществ.
Практическое применение: Полученные результаты могут быть использованы на уроках по окружающему миру при изучении свойств веществ (твердое, газообразное, жидкое) и внеклассных мероприятиях. Практические опыты можно применять как практическое пособие в различных целях (обучающих, бытовых).
Положения, выносимые на защиту:
1. «Сухой лед» — это углекислый газ в твердом состоянии, обладающий уникальными свойствами;
2. «Сухой лед» — широко используемое вещество, как в промышленности, так и в повседневной жизни;
3. «Сухой лед» и обычный лед – это различные вещества.
Методика исследования. Эксперименты с «сухим льдом» проводились в домашней лаборатории с соблюдением мер предосторожности, под контролем родителей.
В работе использовались следующие методы:
1. Сбора информации;
2. Анализа и статистической обработки собранной информации;
3. Проведения научных экспериментов;
4. Сравнения и обобщения полученных результатов.
Практическая значимость: получение и расширение знаний о «сухом льде», процессе его изготовления, сферах применения, изучение его свойств с помощью экспериментов в домашних условиях.
Данная научно-исследовательская работа нацеливает исследователя к самостоятельности, формирует интерес к научной деятельности, умению работать с дополнительной литературой, развивает исследовательские навыки, позволяет мыслить, рассуждать, делать выводы.
1. Обзор литературы
1.1. Определение и свойства «сухого льда»
«Сухой лед» — это углекислый газ в твердом состоянии, он именуется также диоксидом углерода. Формула вещества – CO2. Это стерильное, твердое, не токсичное, очень холодное вещество белого цвета без запаха и вкуса. Он не горит и не проводит ток. По внешнему виду «сухой лед» напоминает обыкновенный лёд. Свое название он получил за главную физическую особенность: под влиянием высокой температуры «сухой лед» минуя жидкое состояние, сразу превращается в газ – это называется сублимацией. Холодящее действие «сухого льда» гораздо сильнее, чем у льда обыкновенного. Один килограмм «сухого льда» может заменить 15 килограмм льда из воды, а испаряется он в 5 раз медленнее, чем тает обыкновенный лед. Температура замерзания «сухого льда» -79˚С, молекулярный вес 44,01, плотность 1560 кг/м³. Он в полтора раза тяжелее воздуха и воды, хорошо растворяется в жидкостях [5].
1.2. История изобретения
Впервые «сухой лед» изобрел во Франции химик Адриен-Жан-Пьер Тилори в 1834 году. В своих экспериментах ученый заметил, что при открытии крышки сосуда с жидкой углекислотой, она быстро испарялась, а в сосуде оставалось вещество, похожее на снег – это был углекислый газ в твердом состоянии. В 1835 году он опубликовал первый отчет о данном веществе. В промышленности «сухой лед» начали использовать только спустя 50 лет для производства газированных напитков. В 1924 году, Томас Слейт получил первый патент на продажу «сухого льда» в США, и стал первым, кто превратил производство «сухого льда» в целую индустрию. В 1925 году этот продукт был зарегистрирован под торговой маркой «Dry ice» (в переводе с английского «сухой лед») компанией «Dry Ice Corporation of America». В этом же году компания начала продавать «сухой лед», продвигая его как отличное средство для заморозки и охлаждения. В 1940 году научились производить жидкий углекислый газ.
Совсем недавно на Марсе были обнаружены плотные облака из «сухого льда, которые создают тень на планете. Обнаружена и первая марсианская река из «сухого льда». В ходе анализа данных, полученных автоматическими космическими станциями, было выявлено, что марсианской весной потоки несутся по каньонам, заполненным льдом и снегом из углекислого газа при температуре -130 ˚С. Вода не может течь в таких условиях, так что, скорее всего, в марсианских каньонах течет «сухой лед». Это значимое открытие может развеять все иллюзии относительно наличия жизни на Марсе [4]. Ведь без воды в жидком состоянии жизни быть не может!
1.3. Производство «сухого льда»
Промышленный способ получения «сухого льда» был разработан в 1923 году. Производится «сухой лед» на огромных углекислых установках из газообразного или жидкого углекислого газа. При резком снижении давления из углекислого газа образуется рыхлый снег. Затем этот снег прессуется под давлением 30-50 атмосфер и получается «сухой лед». Современные установки выпускают «сухой лед» в виде крошки, гранул и брикетов.
1.4. Применение «сухого льда»
«Сухой лед» пользуется большой популярностью в медицине. Его используют используют при транспортировке донорской крови, трансплантатов, а также медицинских препаратов. Кроме того, «сухой лед» иногда используется для удаления бородавок, папиллом, сухих мозолей, а также в сфере ритуальных услуг. В настоящее время широкое распространение получила очистка поверхностей «сухим льдом» (криогенный бластинг). При помощи «сухого льда» загрязнения мгновенно охлаждаются до -79°C, становятся хрупкими и легко удаляются. Данный метод не имеет аналогов, поскольку во время чистки не остается никаких следов и отходов [1]. Для реализации такого метода используется установка, с помощью которой производят очистку различных видов пресс-форм, штампов, применяемых для производства резиновых, пластиковых, металлических изделий. В полиграфии таким методом очищают полиграфические машины, детали копиров и принтеров без их разбора. В энергетике очищают электрооборудование без отключения электричества. В строительстве – фасады домов, стен, полов, потолков, а также памятники. В судоремонтных и судостроительных предприятиях «сухой лед» применяется для очистки винтов и корпусов судов, на железной дороге – для очистки цистерн от битума и нефтяных загрязнений, очистки колесных пар и других узлов подвижного состава. В Новосибирском электровозоремонтном заводе недавно была внедрена первая в России установка гранулированной очистки льдом «УГОЛ-1». Первую и единственную установку для очистки тяговых двигателей и деталей топливной аппаратуры при помощи «сухого льда» разработали специалисты омского Научно-исследовательского института технологии, контроля и диагностики. Эту установку активно используют в Иртышском речном пароходстве и заводе «Газпром-нефть» города Омск [2]. Очистка «сухим льдом» справляется со всеми типами загрязнений, которые только могут встречаться в салоне автомобиля. Поскольку в автомобиле находится большое количество электроники, то использование любой жидкости может привести к короткому замыканию и поломке дорогостоящего устройства. В связи с тем, что гранулы «сухого льда» в процессе сублимации сразу же переходят в газообразное состояние, минуя жидкое, нет опасности короткого замыкания, и необходимости последующей сушки [3]. «Сухой лед» часто используют в скотоводстве для клеймления животных. Для удаления горючих паров и газов из резервуаров хранения, используемых в различных областях промышленности, «сухой лед» просто незаменим, поскольку в процессе сублимации гранулы «сухого льда» переходят в газообразное состояние и устремляются к выходному отверстию резервуаров, унося с собой горючие газы. Свойство «сухого льда» выделять за короткое время большое количество холода применяется на сборочных производствах для соединения или разбора плотно соединенных друг с другом деталей. Металлы в процессе охлаждения сжимаются, в результате уменьшается размер изготовленной из них детали, что дает возможность установить ее на нужное место. По мере нагревания деталь снова расширяется, обеспечивая тем самым высокую надежность соединения. В химической промышленности «сухой лед» выполняет функцию ингибитора, то есть вещества, замедляющего протекание некоторых химических реакций.С помощью «сухого льда» охлаждают компьютерные процессоры. По специальной технологии углекислый газ можно сжимать и наполнить им баллоны, которые предназначены для тушения горючих жидкостей, двигателей и сооружений, находящихся под напряжением. Дело в том, что CO2 не электропроводен, попадая в воздух, он уменьшает концентрацию кислорода, и пожар прекращается. Часто подробленный «сухой лед» применяют для борьбы с грызунами на производстве, где нельзя использовать химические порошки. «Сухой лед» используют для устранения насекомых в закрытых контейнерах, где хранятся зерновые продукты. «Сухой лед» замедляет рост дрожжевых бактерий, что нашло широкое применение в хлебопекарной промышленности. «Сухим льдом» удобряют почву, способствуя увеличению урожая. Гранулы «сухого льда» используются в пищевой промышленности для охлаждения пищевых продуктов при их транспортировке и хранении. Например, «сухой лед» в самолетах попросту незаменим, так как позволяет охлаждать продукты питания. Часто его используют в уличных передвижных ларьках с мороженым. «Сухой лед» имеет замораживающую способность, многократно превышающую замораживающую способность водяного льда, это свойство используется для заморозки мясной, рыбной и плодово-ягодной продукции. Поскольку процесс происходит очень быстро, то в продуктах сохраняется больше полезных веществ, и сохраняется их внутренняя структура.
«Сухой лед» обозначается кодом Е290 и используется как консервант в пищевой промышленности. Он продлевает срок годности продуктов питания. С помощью CO2 газируют напитки: шампанское, лимонад, минеральную воду и т.д. Это вещество охотно закупают такие крупные компании, как «Кока-Кола». «Сухой лед» способен исправить вмятины на капоте автомобиля.
В научно-исследовательских работах «сухой лед» применяется для получения низких температур (-79°С). Учёные из университета Флоренции на основе «сухого льда» открыли сверхпрочное стекло для защиты электронных устройств. С помощью «сухого льда» можно даже менять погоду. Если при ясном небе быстро сбросить «сухой лед» в восходящие потоки воздуха, то через некоторое время появятся облака.
В сфере развлечений «сухой лед» используется для образования безвредного сценического дыма при проведении концертов, спектаклей, фотосессий. Его можно получить, поместив вещество в специальную дымовую машину (генератор тумана). В состав этого генератора входят емкость с сухим льдом и емкость с подогреваемой водой. При быстром нагревании «сухого льда» его испарения создают плотный туман, который охлаждает окружающий воздух. На основе «сухого льда» создается большое количество коктейлей, которые отличаются оригинальной подачей.
2. Практическая часть исследования
2.1. Собственные наблюдения и опыты с «сухим льдом»
Изучив в литературных источниках информацию о «сухом льде», я решила проверить экспериментальным путем его свойства.
При проведении наблюдений и экспериментов с «сухим льдом» я заметила следующие явления и попыталась их объяснить:
Эксперимент №1
При работе с «сухим льдом» я обнаружила, что его можно трогать сухими руками без защитных перчаток, но только всего несколько секунд. Чтобы не получить ожог, я одела перчатки, взяла несколько гранул «сухого льда» и осмотрела их при дневном свете – они были белого цвета. Я сделала вывод, что «сухой лед» — это вещество белого цвета (рисунок №1).
Рисунок №1
Эксперимент №2
Я поднесла «сухой лед» к носу на расстоянии около 10 сантиметров, чтобы почувствовать его запах. Но, не уловив его, сделала вывод, что это вещество без запаха.
Эксперимент №3
Я погрузила «сухой лед» в стакан с водой – он начал тонуть. Я сделала вывод, что «сухой лед» тяжелее воды.
Эксперимент №4
Я положила «сухой лед» на салфетку и проследила за ним. Он моментально начал испаряться с образованием холодного белого пара (дыма), не оставляя на салфетке мокрого пятна. Таким образом, я наблюдала уникальное свойство «сухого льда», которое в науке называется сублимацией, то есть способностью вещества моментально переходить в газообразное состояние, минуя жидкое (рисунок №2).
Рисунок №2
Эксперимент №5
Чтобы проверить, горючее ли вещество «сухой лед», я поместила в стакан «сухой лед», зажгла спичку и опустила в стакан. Огонь моментально погас. Это объясняется тем, что «сухой лед» быстро испаряется и заполняет большую часть стакана тяжелым углекислым газом. Вытеснение кислорода не позволяет огню гореть дальше. Поэтому я сделала вывод, что «сухой лед» — не горит и не поддерживает горение.
Эксперимент №6
Я взяла несколько кусочков «сухого льда» положила в бутылку с водой, закрыла крышкой и взболтала. Вода забурлила, лед полностью растворился, и получилась газированная вода. Эффект бурления вызван переходом «сухого льда» из твердого состояния в газообразное. А образующиеся в воде пузыри — это углекислый газ, он то и сделал напиток газированным. Я попробовала полученную газированную воду на вкус – он остался прежним. Следовательно, я сделала вывод, что «сухой лед» не имеет вкуса. С помощью «сухого льда» я также приготовила бурлящий газированный коктейль (рисунок №3).
Рисунок № 3
Эксперимент №7
С помощью «сухого льда» я смогла надуть воздушный шарик. Несколько гранул «сухого льда» я поместила в шарик и наблюдала за тем, как шарик самостоятельно надулся. Это явление обусловлено переходом при испарении «сухого льда» в углекислый газ, который и раздувает шарик. Таким образом, я еще раз убедилась, что «сухой лед» – это углекислый газ в твердом состоянии (рисунок №4).
|
Рисунок № 4 |
Эксперимент №8
Я поместила монетку в прорезь на куске «сухого льда», она начала приподниматься и издавать звук, похожий на писк или дребезжание. Дребезжание монеты обусловлено тем, что при контакте с «сухим льдом», из-за сублимации на поверхности льда возникает газовая подушка из углекислого газа, которая приподнимает монету, вызывая ее дребезжание.
Эксперимент №9
Я положила «сухой лёд» на металлический поднос. Он запрыгал и стал быстро кататься по подносу. Мы с мамой сделали разметку на этом подносе и сыграли в аэрохоккей. Это явление объясняется тем, что в связи с возникновением на поверхности «сухого льда» газовой подушки он легко скользит по алюминиевой пластине.
Эксперимент №10
При помощи «сухого льда» я самостоятельно сделала туман. Для этого я бросила «сухой лед» в теплую воду – возник белый прохладный пар, вода забурлила. Наблюдался эффект, визуально похожий на кипение воды. Этот эффект обусловлен сублимацией «сухого льда». При контакте с водой сублимация (испарение) «сухого льда» происходит интенсивнее, чем на воздухе. Образующийся газ поднимается в виде пузырьков на поверхность воды. Поскольку газ очень холодный, он конденсирует находящийся в воздухе водяной пар, который и наблюдается в виде тумана. Чем горячее я добавляла воду, тем пар становился гуще. Плотный, холодный, белый туман из углекислого газа тяжелее воздуха, поэтому он спускается вниз и держится пеленой у поверхности. Я сделала вывод, что углекислый газ, из которого состоит «сухой лед» тяжелее воздуха, а образующийся в результате сублимации прохладный туман, придает мистичности «сухому льду» (рисунок №5).
Эксперимент №11
В чашку с теплой водой я добавила «сухой лед» и жидкое мыло. На поверхности воды появилось множество мыльных пузырьков. А еще я получила мыльные пузыри, вставив трубочку в бутылку с водой и «сухим льдом», а другой конец трубки, поместив в мыльный раствор. Поскольку эти мыльные пузыри имеют низкую температуру и быстро замерзают, мне даже удалось непродолжительное время подержать мыльные пузыри на поверхности и в руках. Затем они лопнули, и из них вылетел белый пар (рисунок №6).
Рисунок №6
Эксперимент №12
Я решила проверить замораживающую способность «сухого льда». Для этого в емкость с «сухим льдом» добавила этиловый спирт и положила свежесрезанный цветок хризантемы, через несколько секунд я убрала цветок. Он застыл и стал настолько твердым, что я смогла его разбить только с помощью молотка. Это объясняется тем, что «сухой лед» имеет температуру минус 79 0С и замораживающую способность, многократно превышающую замораживающую способность водяного льда, что используется для заморозки продуктов. Таким образом, я выявила еще одно уникальное свойство «сухого льда» — способность выделять за короткое время большое количество холода (рисунок №7).
Рисунок №7
2.1. Опрос знаний учащихся моего класса о «сухом льде»
Я решила проверить, знают ли мои одноклассники о таком веществе, как «сухой лед»? Для этого я составила анкету со следующими вопросами:
1. Знаете ли вы, что такое «сухой» лед?
2. Знаете ли вы, чем отличается «сухой» лед от обычного льда?
3. Как вы думаете, «сухой» лед опасен для человека?
Таким образом, с помощью анкетирования выяснено, что только 8 (27%) моих одноклассников знают, что такое «сухой лед» (рисунок №8).
Рисунок №8
Всего 6 (20%) ребят знают, чем отличается «сухой лед» от обычного льда (рисунок №9).
Рисунок №9
2.3. Отличия «сухого льда» от обычного льда
«Сухой лед» по своему внешнему облику очень похож на обычный лед (отсюда и название). Они оба не имеют запаха и вкуса. Однако это принципиально разные вещества с разными свойствами.
1. «Сухой лед» — это углекислый газ в твердом состоянии, а обычный лед – это вода в твердом состоянии. В этом я убедилась, проведя следующий эксперимент, положив на одну салфетку кусочек «сухого льда», а на другую – обычного. Салфетка под обычным льдом стала мокнуть, поскольку лед тает с образованием воды. «Сухой лед» стал покрываться паром, и салфетка под ним не намокла, потому что «сухой лед» не тает, а испаряется, сразу переходя в углекислый газ. Испаряется «сухой лед» в 5 раз медленнее, чем тает обыкновенный лед (рисунок №10).
Рисунок № 10
2. По внешнему виду они тоже отличаются: «сухой лед» белого цвета, а обычный лед – прозрачный.
3. Плотность этих веществ различна: обычный лед легче воды, а «сухой лед» — тяжелее воды. Я взяла два стакана, налила в них воды. В первый стакан я бросила кусочек «сухого льда», а во второй – обычного льда. «Сухой лед» утонул, поскольку его плотность больше, чем плотность воды, а обычный лед всплыл на поверхность воды, так как его плотность меньше, чем плотность воды (рисунок №11).
|
Рисунок № 11 |
|
Обычный лед «Сухой лед» |
4. Обычный лед поддерживает горение, так как оно происходит с помощью кислорода, который входит в состав молекулы воды. В этом можно легко убедиться, если поместить обычный лед в емкость и зажечь в ней, например, свечу, то она будет продолжать гореть. А вот «сухой лед» не горюч, поэтому в емкости с ним пламя свечи моментально погаснет. Это объясняется тем, что «сухой лед» состоит из углекислого газа, который не поддерживает горение.
5. Температура замерзания обычного льда 0 ˚С, а «сухого льда» -79 ˚С, поэтому обычный лед можно держать в руках длительное время, а вот с «сухим льдом» нужно работать в перчатках, чтобы не получить обморожение пальцев. Холодящее действие «сухого льда» гораздо сильнее, чем у льда обыкновенного, ведь один килограмм «сухого льда» может заменить пятнадцать килограммов льда из воды. Таким образом, «сухой лед» и обычный лед – это совершенно разные вещества с различными свойствами.
Выводы
На основании изученной литературы и проведенных экспериментов я сделала следующие выводы:
1. «Сухой лед» — углекислый газ в твердом виде, белого цвета, без запаха и вкуса. Он тяжелее воды и не поддерживает горение;
2. «Сухой лед» имеет уникальное свойство – сублимацию, то есть переход из твердого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое;
3. «Сухой лёд» имеет очень широкую область применения;
4. «Сухой лед» и обычный лед – это разные вещества.
Заключение
Предметом моего исследования был «сухой лед». В данной работе я подробно изучила его свойства, структуру, технологию изготовления, области применения, оценила пользу и вред от его применения, выявила отличия от обычного льда. При помощи экспериментов я выявила, что «сухой лед» — углекислый газ в твердом состоянии без цвета, запаха, вкуса. Он не горюч, тяжелее воды, замерзает при температуре -79 градусов Цельсия. Я доказала, что если помещать «сухой лёд» в различные среды, то можно наблюдать уникальные свойства, которые обусловлены особенностями его строения – при таянии сразу превращаться в пар минуя состояние жидкости. Я постаралась доказать актуальность применения данного вещества и пользу его применения в различных сферах деятельности человека. Отрасли, в которых используется «сухой лед» обширнее и разнообразнее, чем кажется на первый взгляд. Хозяйкам он необходим на кухне, артистам – на сцене, инженерам – на предприятиях, врачам – в клиниках и т.д. С каждым годом возникает все больше областей для применения «сухого льда», и в перспективе перечень его использования будет только возрастать.
Таким образом, в результате моего исследования подтвердилась гипотеза о том, что «сухой лед» – это вещество с уникальными свойствами.
Список литературы
1. Дроздов И.М. Очистка деталей механизмов и машин от загрязнений гранулами сухого льда [Текст] / И.М. Дроздов // Теоретические знания в практические дела : сб. науч. тр. — Омск : Рос. заоч. ин-т. текстил. и легк. пром., 2008. — С. 57-59.
2. Орлов В.А., Нечитаева В.А., Богомолова И.О., Шайхетдинова Ю.А., Даминова Ю.Ф. Эффективные методы прочистки трубопроводов. Журнал «Вестник МГСУ», Выпуск№ 1 / 2014
3. Шахов B. Г., Чижма С. Н., Дроздов И. М. Анализ физических явлений, происходящих при очистке поверхностей по технологии «сухой лед». Журнал Омский научный вестник, Выпуск № 2 (80) / 2009
Интернет-источники:
4. http://www.ntpo.com – независимый научно – технический портал
5. http://kriotreyd.pulscen.ru
Просмотров работы: 1793
Опыты с сухим льдом
Любите удивлять своих друзей разными интересными фишками? Это очень здорово, уметь делать что-то, что не умеют другие, знать какие-то секреты. Но иногда для того, чтобы удивить публику, не нужно ни обмана, ни особой ловкости или специальных навыков.
Достаточно лишь иметь хорошие знания химии и сухой лёд. С ним вы сможете творить настоящие чудеса.
Что такое сухой лёд?
Привычный лед нас не интересует. Эта вещь представляет собой газ в замороженном состоянииПривычный для нас материал, представляющий собой h3O в замороженном состоянии – вот что обычно называется льдом.
Но эта вещь не представляет для нас сейчас особого интереса. Наш материал не имеет никакого отношения к воде. Это углекислый газ в твёрдом состоянии. Основная особенность его в том, что он не тает.
В жидком состоянии углекислый газ может находиться только под очень сильным давлением. Тем не менее, материал выглядит именно как замороженная вода. Он похож на замороженную воду ещё и тем, что сам по себе достаточно холодный и в тёплой окружающей среде теряет твёрдую форму.
Только вот в отличие от воды, углекислый газ переходит из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую форму. По-научному это называется сублимировать. Именно на этом свойстве основано множество необычных экспериментов.
Некоторые опыты выглядят по-настоящему эффектными и, имея необходимы материалы, можно сделать настоящее шоу, состоящее из необычных трюков и спецэффектов.
Но будьте осторожны. Замороженный углекислый газ – очень холодный, его температура – минус семьдесят девять градусов. Используя его, ни в коем случае не сжимайте его в руках и вообще не держите долго. Можно получить обморожение.
5 удивительных фокусов с сухим льдом смотрите в видео:
Кипение
Удивить публику бурлящей газообразной массой вы сможете благодаря отличному знанию законов физикиДля опыта вам понадобится стакан с горячей или сильно тёплой водой и несколько кубиков твёрдого газа.
Вы берёте кубики, и просто бросаете их в воду. И тут же вода начинает очень сильно бурлить, а из стакана густыми клубами валит пар, который больше даже похож на туман, так как очень густой, белый и, выходя из стакана, стелется понизу. Незнающие люди будут поражены. Особенно, если они будут думать, что это обыкновенная замороженная вода.
Почему получается такая реакция?
- Температура замерзания углекислого газа очень низкая. Он сублимирует даже на воздухе.
- Попробуйте оставить стакан с кубиками на какое-то время, и вы увидите, что через определённый временной промежуток стакан станет пустым. А в тёплой воде процесс протекает быстрее.
- Так как из твёрдого состояния вещество сразу переходит в газообразное, получается то, что получается. При этом, чем горячее будет вода, тем сильнее будет эффект.
Для зрелищности можно добавить в воду немного жидкого мыла или шампуня. Тогда будет образовываться много пены с крупными пузырьками. Ей можно зачерпнуть в ладошку и размять в руках. Тогда из лопнувших пузырьков будет выходить туман.
Прыгающий кубик
Поймать прыгающий кубик льда будет уже невозможно!Этот эксперимент надо проводить в тёплом помещении, так как вам понадобится тёплая металлическая поверхность, а если в помещении будет холодно, металл тоже будет холодным, и ничего не получится.
Вам будет нужна любая металлическая поверхность (покрытие раковины, дно алюминиевой кастрюли, металлический поднос – что угодно).
Главное, чтобы поверхность не была холодной. Вы кладёте на неё кубик. И он начинает прыгать. При этом поймать его, после того, как он начал прыгать, практически невозможно.
Такая реакция происходит опять из-за свойства твёрдой формы газа сублимировать. На тёплой поверхности это происходит быстрее. Пузырьки газа лопаются, и кусочек подскакивает. А со стороны выглядит, как настоящая магия.
Музыка с помощью льда
Попробуйте извлекать музыку из льда — получится удивительное шоу!Ещё один трюк, который работает за счёт сублимации. Положите кусочек на какую-нибудь мягкую поверхность, возьмите металлический предмет, например, алюминиевую ложечку, и надавите на кубик.
- Предмет из металла будет продавливать поверхность, а сам кубик при этом будет дребезжать.
- Дребезжит, на самом деле, конечно, не кусочек, а газовые пузырьки, которые при испарении бьются о металлические стенки.
Вещество используют в своём ремесле профессиональные иллюзионисты. Например, на его применении основан известный фокус с картой и льдом.
Зная свойства этого вещества, можно творить настоящие чудеса и поражать зрителей своим искусством.
Сухой лед своими руками. Формула сухого льда
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 углекислого газа — 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 выхлопными газами 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.
Изначально для получения сухого льда понадобится огнетушитель, мешочек из плотной ткани и проволока или клейкая лента.
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 полиэтиленовый пакет.
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 газоотводной трубкой. 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.