Сухой лед

редактировать
Твердая двуокись углерода Гранулы сухого льда с сублимацией с поверхности

Сухой лед - это твердая форма диоксида углерода. Он используется в основном как охлаждающий агент. Его преимущества включают более низкую температуру, чем у водяного льда, и отсутствие каких-либо остатков (кроме случайного инея из-за влаги в атмосфере). Это полезно для консервирования замороженных продуктов, когда механическое охлаждение недоступно.

Сухой лед сублимирует при 194,65 К (-78,5 ° C; -109,3 ° F) при земном атмосферном давлении. Такой экстремальный холод делает твердое тело опасным при работе без защиты из-за ожогов от замерзания (обморожение ). Хотя, как правило, не очень токсично, выделение газа из него может вызвать гиперкапнию (аномально повышенный уровень углекислого газа в крови) из-за накопления в замкнутом пространстве.

Содержание

  • 1 Свойства
  • 2 История
  • 3 Производство
  • 4 Области применения
    • 4.1 Коммерческие
    • 4.2 Промышленные
    • 4.3 Scientific
    • 4.4 Бомбы с сухим льдом
  • 5 Внеземные явления
  • 6 Безопасность
  • 7 Примечания
  • 8 Ссылки
  • 9 Библиография
  • 10 Внешние ссылки

Свойства

Сухой лед - твердая форма углекислого газа (CO 2), молекула, состоящая из одного атома углерода , связанного с двумя атомами кислорода . Сухой лед бесцветен, негорючий, с кислым пикантным запахом и может снизить pH раствора при растворении в воде с образованием угольной кислоты (H2CO3).

Сравнение фазовых диаграмм диоксида углерода (красный) и воды (синий) в виде логарифмической диаграммы с точками фазовых переходов при 1 атмосфере

при давлениях ниже 5,13 атм и температурах ниже -56,4 ° C (-69,5 ° F) (тройная точка ), CO 2 переходит из твердого состояния в газ без промежуточной жидкой формы в результате процесса, называемого сублимация. Противоположный процесс называется осаждением, где CO 2 переходит из газовой в твердой фазы (сухой лед). При атмосферном давлении сублимация / осаждение происходит при -78,5 ° C (-109,3 ° F) или 194,65 К.

плотность сухого льда варьируется, но обычно находится в диапазоне от 1,4 до 1,6. г / см (87 и 100 фунтов / куб фут). Низкая температура и прямая сублимация в газ делают сухой лед эффективным хладагентом, поскольку он холоднее, чем водяной лед, и не оставляет следов при изменении состояния. Его энтальпия сублимации составляет 571 кДж / кг (25,2 кДж / моль).

Сухой лед неполярный, с дипольным моментом, равным нулю, поэтому привлекательные межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса работать. Композиция обеспечивает низкую термическую и электрическую проводимость.

История

Принято считать, что сухой лед впервые наблюдал в 1835 году французский изобретатель Адриен-Жан- Пьер Тилорье (1790–1844), опубликовавший первое описание этого вещества. В его экспериментах было замечено, что при открытии крышки большого баллона, содержащего жидкую двуокись углерода, большая часть жидкой двуокиси углерода быстро испарялась. В емкости остался только твердый сухой лед. В 1924 году Томас Б. Слейт подал заявку на патент США на коммерческую продажу сухого льда. Впоследствии он стал первым, кто сделал сухой лед успешным как промышленность. В 1925 году эта твердая форма CO 2 была зарегистрирована компанией DryIce Corporation of America как «Сухой лед», что привело к ее общепринятому названию. В том же году компания DryIce Co. впервые продала это вещество на коммерческой основе, продавая его для целей охлаждения.

Производство

Файл: Сублимация сухого льда на water.small.ogv Play media Сублимация сухого льда при размещении на поверхности вода комнатной температуры

Сухой лед легко изготовить. Сначала образуются газы с высокой концентрацией углекислого газа. Такие газы могут быть побочным продуктом другого процесса, такого как производство аммиака из азота и природного газа, нефтепереработка или крупномасштабная ферментация. Во-вторых, богатый диоксидом углерода газ сжимают и охлаждают до тех пор, пока он не станет жидким. Далее давление снижается. Когда это происходит, некоторое количество жидкого диоксида углерода испаряется, вызывая быстрое снижение температуры оставшейся жидкости. В результате из-за сильного холода жидкость затвердевает до состояния снега. Наконец, подобный снегу твердый диоксид углерода сжимается в маленькие гранулы или большие блоки сухого льда.

Сухой лед обычно производится в трех стандартных формах: большие блоки, цилиндрические маленькие (⁄ 2 или ⁄ 8 дюймов [13 или 16 мм] в диаметре) и крошечные цилиндрические (⁄ 8 дюймов [3,2 мм] диаметра) гранулы с большим объемом поверхности, которые плавают на масле или воды и не прилипают к коже из-за большого радиуса кривизны. Крошечные гранулы сухого льда используются в основном для струйной обработки сухим льдом, быстрого замораживания, тушения пожаров, затвердевания масла и были признаны безопасными для экспериментов учащимися средних школ, использующими соответствующие средства индивидуальной защиты такие как перчатки и защитные очки. Чаще всего используется стандартный блок весом около 30 кг (66 фунтов), обернутый лентой из бумаги. Их обычно используют в судоходстве, поскольку они относительно медленно возгоняются из-за низкого отношения площади поверхности к объему. Пеллеты имеют диаметр около 1 см (0,4 дюйма) и легко упаковываются в мешки. Эта форма подходит для использования в небольших масштабах, например, в продуктовых магазинах и лабораториях, где она хранится в плотно изолированном ящике. Плотность гранул составляет 60-70% от плотности блоков.

Области применения

Коммерческое

Тележка для мороженого

Чаще всего сухой лед используется для консервирования продуктов, нециклическое охлаждение.

Часто используется для упаковки продуктов, которые должны оставаться холодными или замороженными, например, мороженого или биологических образцов, без использования механического охлаждения.

Можно использовать сухой лед мгновенного замораживания пищевых или лабораторных биологических образцов, карбоната напитков, приготовления мороженого, отверждения разливов нефти и прекращения льда скульптуры и ледяные стены от таяния.

Сухой лед можно использовать для остановки и предотвращения активности насекомых в закрытых контейнерах с зерном и зерновыми продуктами, поскольку он вытесняет кислород, но не изменяет вкус или качество продуктов. По той же причине он может предотвратить или замедлить превращение пищевых масел и жиров в прогорклость.

Сублимация Сухой лед в воде

Когда сухой лед помещают в воду, сублимация создаются ускоренные и низко опускающиеся плотные облака дымчатого тумана. Он используется в туманных машинах, в театрах, домах с привидениями и ночных клубах для создания драматических эффектов. В отличие от большинства аппаратов искусственного тумана, в которых туман поднимается, как дым, туман от сухого льда парит у земли. Сухой лед полезен в театральных постановках, где требуется эффект плотного тумана. Туман возникает из объема воды, в которую помещен сухой лед, а не из водяного пара из атмосферы (как принято считать).

Иногда его используют для замораживания и удаления бородавок. Однако жидкий азот лучше справляется с этой ролью, так как он более холодный и требует меньше времени для воздействия и меньшего давления. Сухой лед имеет меньше проблем с хранением, поскольку он может быть получен из сжатого газообразного диоксида углерода по мере необходимости.

Сантехники используют оборудование, которое нагнетает жидкий CO 2 под давлением в рубашку вокруг трубы. Образовавшийся сухой лед заставляет воду замерзать, образуя ледяную пробку, позволяющую выполнять ремонт, не отключая водопровод. Этот метод можно использовать для труб диаметром до 4 дюймов (100 мм).

Сухой лед можно использовать в качестве приманки для ловли комаров, клопы и другие насекомые из-за их притяжения к углекислому газу.

Может использоваться для уничтожения грызунов. Для этого гранулы бросают в туннели для грызунов в земле и затем закрывают вход, тем самым задыхая животных при сублимации сухого льда.

Крошечные гранулы сухого льда можно использовать для тушения пожара как за счет охлаждения топлива, так и удушение огня за счет исключения кислорода.

Экстремальная температура сухого льда может вызвать переход вязкоупругих материалов в фазу стекло. Таким образом, он полезен для удаления многих типов клеев, чувствительных к давлению.

Промышленные

струйная очистка сухим льдом, используемая для очистки резиновой формы струйная очистка сухим льдом, используемая для очистки электрических установок

Сухой лед можно использовать для разрыхления асфальтовой плитки на полу или звукопоглощающего материала автомобиля, что упрощает его отрыв, а также для замораживания воды в бесклапанных трубах для ремонта.

Одно из самых больших механических применений сухого лед - это струйная очистка. Гранулы сухого льда выстреливаются из сопла с помощью сжатого воздуха, сочетая мощность скорости гранул с действием сублимации. Это может удалить остатки с промышленного оборудования. Примеры удаленных материалов включают чернила, клей, масло, краску, форму и резину. Струйная обработка сухим льдом может заменить пескоструйную, пароструйную, водоструйную или струйную очистку растворителем. Основным экологическим остатком струйной очистки сухим льдом является сублимированный CO 2, что делает его полезным методом, в котором нежелательны остатки от других технологий струйной очистки. В последнее время абразивоструйная очистка была внедрена как метод удаления дыма от конструкций после пожаров.

Сухой лед также полезен для дегазации легковоспламеняющихся паров из резервуаров для хранения - сублимация гранул сухого льда внутри опорожненного и вентилируемого резервуара вызывает выброс CO 2, который переносится с это легковоспламеняющиеся пары.

Для снятия и установки гильз цилиндров в больших двигателях требуется использование сухого льда для охлаждения и, таким образом, усадки гильзы, чтобы она свободно входила в блок цилиндров. Когда лайнер затем нагревается, он расширяется, и возникающая в результате посадка с натягом плотно удерживает его на месте. Аналогичные процедуры могут использоваться при изготовлении механических узлов с высокой конечной прочностью, заменяя необходимость в штифтах, шпонках или сварных швах.

Струйная очистка сухим льдом, форма очистки от двуокиси углерода, является используется в ряде промышленных приложений.

Также используется в качестве смазочно-охлаждающей жидкости.

Scientific

В лабораториях, суспензия сухого льда в органическом растворителе представляет собой полезную замораживающую смесь для холодных химических реакций и для конденсации растворителей в роторных испарителях. Сухой лед и ацетон образуют холодную ванну с температурой -78 ° C (-108 ° F; 195 K), которую можно использовать, например, для предотвращения теплового разгона в Окисление по Сверну.

Процесс изменения осаждения облаков может быть выполнен с использованием сухого льда. Он широко использовался в экспериментах в США в 1950-х и начале 1960-х годов, прежде чем был заменен на йодид серебра. Преимущество сухого льда в том, что он относительно дешев и совершенно нетоксичен. Его основным недостатком является необходимость доставки непосредственно в переохлажденную область засеваемых облаков.

Бомбы из сухого льда

Бомбы из сухого льда

"Бомбы из сухого льда" - это устройство в виде баллона, использующее сухой лед в герметичном контейнере, таком как пластиковая бутылка. Обычно добавляют воду, чтобы ускорить сублимацию сухого льда. По мере того как сухой лед возгоняется, давление увеличивается, в результате чего бутылка лопается, вызывая громкий шум, которого можно избежать, заменив навинчивающуюся крышку на резиновую пробку, чтобы создать водяную ракету с двухлитровая бутылка.

Бомба из сухого льда была показана в эпизоде ​​57 Разрушители мифов, эпизод 57 Mentos and Soda, который впервые был показан 9 августа 2006 года. фигурирует в эпизоде ​​Искажение времени, а также в эпизоде ​​Арчер.

Внеземное происшествие

После пролета Марса корабля Маринер 4 В 1966 году ученые пришли к выводу, что полярные шапки Марса полностью состоят из сухого льда. Однако открытия, сделанные в 2003 году исследователями из Калифорнийского технологического института, показали, что полярные шапки Марса почти полностью состоят из водяного льда, а сухой лед образует лишь тонкий поверхностный слой, который с течением времени становится более толстым и тонким. Было высказано предположение, что явление, получившее название бури из сухого льда, может происходить над полярными районами Марса. Они сравнимы с земными грозами, где кристаллический CO 2 занимает место воды в облаках. Сухой лед также предлагается в качестве механизма для Гейзеров на Марсе.

. В 2012 г. зонд Venus Express Европейского космического агентства обнаружил холодный слой в атмосфере Венера, где температура близка к тройной точке углекислого газа, и возможно выпадение чешуек сухого льда.

Наблюдения во время пролета Урана, совершенного "Вояджер-2" указывает, что сухой лед присутствует на поверхности его больших спутников Ариэль, Умбриэль и Титания. Ученые предполагают, что магнитное поле Урана способствует образованию льда CO 2 на поверхности его спутников. Наблюдения "Вояджером-2" спутника Нептуна Тритон позволили предположить наличие сухого льда на поверхности, хотя последующие наблюдения показывают, что углеродный лед на поверхности является оксидом углерода, но лунная кора состоит из значительного количества сухой лед.

Безопасность

Сублимация гранул сухого льда в воде с образованием густого белого тумана. A Этикетка ООН 1845 для сухого льда

Продолжительное воздействие сухого льда может вызвать серьезные повреждения кожи через обморожение, а образующийся туман также может препятствовать попыткам выйти из контакта безопасным способом. Поскольку сухой лед превращается в большие количества углекислого газа, который может представлять опасность гиперкапнии, сухой лед следует подвергать воздействию открытого воздуха только в хорошо вентилируемой среде. По этой причине сухому льду присваивается S-фраза S9 в контексте безопасности лаборатории. Промышленный сухой лед может содержать загрязняющие вещества, которые делают его небезопасным для прямого контакта с пищевыми продуктами. Крошечные гранулы сухого льда, используемые при струйной очистке сухим льдом, не содержат масляных остатков.

Хотя сухой лед не классифицируется Европейским союзом как опасное вещество и Министерством транспорта США как опасный материал для наземного транспорта, когда перевозимый по воздуху или по воде, он считается опасным грузом, и IATA инструкция по упаковке 954 (IATA PI 954) требует, чтобы он был снабжен специальной маркировкой, включая черно-белую этикетку в форме ромба, ООН 1845. Кроме того, должны быть предусмотрены меры для обеспечения надлежащей вентиляции, чтобы повышение давления не привело к разрыву упаковки. Федеральное управление гражданской авиации в США разрешает пассажирам авиакомпаний перевозить до 2,5 кг (5,5 фунта) на человека в качестве зарегистрированного багажа или ручной клади, когда они используются для охлаждения скоропортящихся продуктов.

Примечания

Ссылки

Библиография

  • Duane, HD Roller; Тилорье, М. (1952). «Тильорье и первое затвердевание« постоянного »газа (1835 г.)». Исида. 43 (2): 109–113. doi : 10.1086 / 349402. JSTOR 227174.
  • Горолл, Аллан Х.; Малли, Альберт G (2009). Первичная медицина: офисная оценка и ведение взрослого пациента. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-7513-7. CS1 maint: ref = harv (ссылка )
  • Häring, Heinz-Wolfgang (2008). Обработка промышленных газов. Кристин Анер. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31685-4. Проверено 31 июля 2009 г.
  • Housecroft, Catherine; Sharpe, Alan G (2001). Неорганическая химия. Harlow: Prentice Hall. Стр. 410. ISBN 978-0-582-31080-3. Проверено 31 июля 2009 г.
  • Keyes, Conrad G (2006). Guidelines for Cloud Seeding to Augment Precipitation. American Society of Civil Engineers. ASCE Publications. ISBN 978-0 -7844-0819-3. CS1 maint: ref = harv (ссылка )
  • Verma, NK; Khanna, SK; Kapila, B. (2008). Comprehensive Chemistry for Class XI. New Delhi: Laxmi Publications. ISBN 978-81-7008-596-6. Проверено 31 июля 2009 г. CS1 maint: ref = harv (ссылка )
  • Маккарти, Роберт Э. (1992). Секреты голливудских спецэффектов. Бостон: Focal Press. ISBN 978-0-240- 80108-7. CS1 основной t: ref = harv (ссылка )
  • Митра, Соменат (апрель 2004 г.). Методы пробоподготовки в аналитической химии. Wiley-IEEE. ISBN 978-0-471-32845-2. Проверено 31 июля 2009 г.
  • Treloar, Roy D. (2003). Энциклопедия сантехники (3-е изд.). Вили-Блэквелл. п. 175. ISBN 978-1-4051-0613-9. Проверено 31 июля 2009 г. CS1 maint: ref = harv (ссылка )
  • Yaws, Carl (2001). Matheson Gas Data Book (7-е изд.). McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0-07-135854-5. 982 страницы. Проверено 27 июля 2009 г. CS1 maint: ref = harv (ссылка )

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Сухой лед.
Последняя правка сделана 2021-05-18 04:55:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте