Объясните зачем поверх гранул сухого льда необходимо поместить кусочки обычного льда

Сухой лед

Наверняка, многие видели сухой лёд. Тот самый, который тает, испаряясь клубами белого дыма. Покупая летом мороженое в уличных киосках, можно увидеть, что оно лежит морозильнике, окруженное кусками такого льда. Это сухой лёд — твёрдая двуокись углерода (CO2), при обычных условиях — атмосферном давлении и комнатной температуре, переходящая в парообразное состояние, минуя жидкую фазу. Температура замерзания сухого льда при нормальном давлении — минус 78,5 градусов.

По внешнему виду напоминает он напоминает обыкновенный лёд, отсюда и название. Вырабатывается такой лед на углекислотных установках и используется в основном для охлаждения пищевых продуктов, в научно-исследовательских работах для получения низких температур, при испытаниях и сборке некоторых агрегатов в машиностроении, а также при создании эффектов в шоуиндустрии, в медицине и многих других областях.

Название «сухой лед» изначально было в 1925 году зарегистрировано 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 же получают сухой лёд? Изготовление сухого льда представляет собой относительно несложный процесс. Сначала получают окись углерода, затем, сжимают газообразный диоксид углерода до давления не ниже 5,1 атмосферы при его одновременном охлаждении до температуры ниже -56,4 градуса, чтобы газ перешел в жидкую фазу. После чего, давление уменьшают и 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 CO2.

Для того, чтобы превратить его в «полноценный» сухой лед, хлопья спрессовывают в большие по габаритам куски, как правило, в форме брусков-параллелепипедов массой порядка 30 килограмм или в форме небольших цилиндров диаметром около 1 сантиметра. Для хранения сухого льда применяются специальные термоконтейнеры, которые призваны увеличить срок хранения сухого льда.

Преимущества сухого льда перед естественным заключаются в отсутствии воды при таянии и в 3 раза большей холодопроизводительности.

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 так далее.

Применение сухого льда на железнодорожном транспорте обеспечивает перевозки скоропортящихся грузов на большие расстояния и устраняет необходимость частого пополнения изотермических вагонов льдом.

Сухой лед применяется для очистки оборудования на производстве. Технология криогенной очистки использует сжатый воздух высокого давления и гранулы сухого льда. При такой обработке поверхностей, небольшие гранулы сухого льда выстреливаются из сопла вместе со сжатым воздухом и, соударяясь с очищаемой поверхностью, удаляют с нее чернила, краску, клей, резину, пластиковое покрытие и так далее.

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. Гранулы льда не являются абразивным материалом, то есть не повреждают саму поверхность, и несут не только кинетическую, но и скрытую тепловую энергию. Резкое снижение температуры поверхности вызывает эффект «термического шока», при котором охлажденные до хрупкого состояния загрязнения отслаиваются от поверхности.

Важное преимущество чистки поверхностей сухим льдом, — это то, что подобный метод, полностью исключает возможность повреждения обрабатываемой поверхностей. Также, сухим льдом очищают не только оборудование, но и вентиляционные шахты и пресс формы, конвейерные ленты и даже фасады зданий.

При проведении концертов, спектаклей иногда требуется применение сухого льда для образования искусственного сценического «дыма». Отличительной особенностью такого «дыма» является то, что он не поднимается вверх, а стелется по полу, создавая эффект тумана. Это достигается путем помещения сухого льда в воду, которая увеличивает скорость его сублимации (испарения) с помощью специальных дымовых машин.

При дегазации резервуаров хранения, в пустой резервуар засыпается сухой лед. Сублимируясь, он устремляется к выходу из резервуара, унося с собой горючие, ядовитые и прочие нежелательные примеси.

Ещё, сухой лед применяют для охлаждения выработки в шахтах.

Интересные факты о сухом льде:

Первым создал сухой лед французский химик Чарльз Тилори. Это произошло в 1834 году. Однако промышленное производство наладили только спустя полвека.

1 килограмм сухого льда может заменить 15 килограмм льда из воды. А испаряется сухой лед в 5 раз медленнее, чем тает обыкновенный лед.

Бросив в пламя несколько кусочков сухого льда, можно быстро потушить горящий бензин. Существуют даже углекислотные огнетушители.

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.

Если к куску сухого льда прижать ложку, то можно услышать писк, вызванный микровибрациями ложки при возгонке льда.

Если кусок сухого льда бросить в воду, то можно будет наблюдать эффект кипения воды, вызванный переходом из твердого состояния льда в газообразное.

Источник

Эксперимент «Сухой лед»

Этот лед не тает, а сразу превращается в газ

Само название «сухой лед» звучит немного странно, не правда ли? Мы привыкли, что лед быстро тает и превращается в обычную воду… Но тут всё гораздо сложнее. Сухой лед — это на самом деле газ! Поэтому такой лед не тает, а возгоняется, то есть переходит из твердого состояния сразу в газообразное! В этом эксперименте мы рассмотрим различные физические и химические свойства сухого льда.

Реагенты и оборудование:

• сухой лед;
• дистиллированная вода;
• жидкое мыло (жидкость для мытья посуды);
• тимолфталеин;
• фенолфталеин;
• лакмус;
• стеклянная чаша;
• 3 химических стакана.

Пошаговая инструкция

Возьмем кусочек сухого льда и положим его на металлическую ложку. Через несколько секунд он начнет слегка подпрыгивать и дребезжать.

Бросим сухой лед в стеклянную чашу с водой — наблюдаем белый дым и бурное выделение пузырьков газа.

Если же добавить в воду несколько капель жидкости для мытья посуды, появится густая пена из мыльных пузырей, наполненных белым дымом.

Теперь возьмем 3 химических стакана с растворами индикаторов: индигокармином (синий цвет), фенолфталеином (без цвета) и лакмусом (красно-оранжевый цвет). Далее добавим немного гидроксида натрия. Растворы изменили свою окраску: индигокармин стал зеленым, фенолфталеин – малиновым, а лакмус – синим. Добавим в каждый стакан по несколько кусочков сухого льда. Через некоторое время наблюдаем изменение цвета растворов до первоначальной окраски.

Пояснение процессов

Сухой лед — это очень простое вещество (твердая фаза CO₂). Находится в свободной продаже и применяется в основном для транспортировки пищевых продуктов или очистки технических поверхностей. Но в домашней лаборатории сухой лед превращается в бесценный реагент! «Изюминка» сухого льда заключается 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. При контакте с водой сухой лед стремительно переходит из твердого состояния в газообразное. Со стороны это похоже на кипение, только с более ярким и характерным парообразованием. Причем испаряющаяся двуокись углерода тяжелее воздуха (плотность 1,9768 кг/м³ против 1,225 кг/м³), и потому «дым» не поднимается, а стелется по поверхности вокруг емкости с водой.

При добавлении жидкого мыла пузыри выделяющегося газа быстро его вспенивают, и образуется густая пена, наполненная белым углекислым газом.

Если положить сухой лед в металлическую ложку, он будет прыгать и дребезжать. Дело в том, что на теплой металлической поверхности сухой лед очень быстро сублимируется, образуя очаги повышенного давления, из-за чего наша льдинка и «подпрыгивает».

При сублимации сухого льда в воде выделяющийся углекислый газ реагирует с водой, образуя угольную кислоту и меняя кислотность. Это свойство сухого льда можно использовать для красивых цветных превращений с растворами индикаторов. В нейтральной среде индигокармин имеет синюю окраску, лакмус — красно-оранжевую, а фенолфталеин не имеет цвета. При добавлении гидроксида натрия среда становится щелочной, и растворы изменяют свою окраску на зеленую, синюю и малиновую соответственно. При добавлении сухого льда в щелочных растворах образуется угольная кислота. В результате кислотность растворов повышается, среда становится нейтральной и цвет растворов изменяется до первоначального.

Меры предосторожности

Обязательно проводите опыт в перчатках и не допускайте контакта кожи с сухим льдом, чтобы не получить холодный ожог (температура сухого льда равна -78,5 °С).

Вдыхание испарений CO₂ может вызвать головную боль.

Внимание! Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно.

Источник

Чем опасен сухой лед: простые советы, которые спасут жизнь

Сухой лед: особенности продукта

Сухой лед обладает следующими характеристиками:

• Температура начала перехода в газообразную форму: -78,5 ° C
• Плотность: 1,1-1,4 г/ см³.

Сухой лед используется в качестве охлаждающего агента в лабораториях, пищевой и фармацевтической промышленности, при транспортировке скоропортящихся продуктов питания. Сухой лед может относительно долго храниться в изолированных контейнерах без принудительного охлаждения.

Продукция поставляется в различной форме:

• Блоки. Плиты объемом от 1 кг до 40 кг.
• Гранулы. Имеют цилиндрическую форму .
• Мелкая фракция — Ø 1,7 , 2,2 и 3мм. используется для криобластинга.

Большие блоки сухого льда сублимируют медленно. Например, для исчезновения блока весом 1 кг при комнатной температуре в закрытом помещении необходимо около 2-3 часов. Фрагментация кусков ускоряет процесс испарения.

Итак, что такое сухой лед?

Традиционный лед образуется в результате замерзания воды, которая будет со временем таять и превращаться обратно в воду. Сухой лед – это двуокись углерода. Это та же химическая субстанция, которую вы выдыхаете, и он же отвечает за шипучесть в вашей содовой. И большинство людей даже не представляют, что углекислый газ очень холодный. Температура сухого льда может составлять, в среднем, до -78.5 °С. И даже, получая тепло на протяжении длительного времени, такой лед не разжижается. Он просто превращается в газ, который просто исчезает, как дым. Можно увидеть, как при воздействии тепла, он начинает испаряться. Это простая реакция газа, быстро попадающего в воздух, и тут нет ни одной причины для беспокойства.

И это отличное решение для портативных холодильников, так как вы полностью исключаете воду. И просто, открыв крышку, вы видите, как из него выходит газ. Тем не менее, следует знать, что существуют особые способы для использования сухого льда и обращения с ним.

Как использовать сухой лед?

Прежде чем бежать и покупать холодильник и аккумуляторы холода сухого льда, вы должны знать, что сухой лед лучше всего подходит для замораживания. В холодильник с сухим льдом можно положить мясо или напитки, чтобы сохранить их на следующий день, и при температуре до -70 °С продукты реально превращаются в лед.

Сам по себе, сухой лед нельзя сохранить надолго, даже в подходящем холодильнике. Вы должны ориентироваться, что сухой лед или содержимое холодильника нужно будет заменить через час, все зависит от того, какое количество такого льда в холодильнике. Также, продукты можно сохранить охлажденными на дольше, если поместить лед в верхней части бокса, а не в низу.

Чтобы защитить кожу рук от контакта с температурой замерзания льда, необходимо надевать перчатки, и лучше всего кожаные. Это позволит предотвратить появление ожогов, которые могут быть такими же болезненными и небезопасными, как и термические ожоги. Термобокс с сухим льдом можно обернуть в газету или другой материл, что позволит сохранить холод на более длительное время. Вы также должны иметь ввиду, что если кладете сухой лед в невентилируемый герметичный холодильник, пакет может расширяться, а иногда даже взрываться, так как внутри образовывается газ.

При комплектации холодильника сухим льдом, обращайте внимание, что он продается в упаковках по фунтам. Обычно, 1 блок – 1 фунт (450 грамм). Если ваш холодильник объемом на 45 литров, скорее всего, вам понадобится 2 блока сухо льда на 24-часовой период.

Как обеспечить сохранность сухого льда: требования и рекомендации

Углекислота быстро переходит из твердого состояния в газообразное. При перевозке и хранениии в изотермических контейнерах потери объема составляют порядка 10% в сутки. При нарушении условий хранения этот показатель будет выше. Для обеспечения оптимальных условий сохранности продукта стоит придерживаться следующих правил:

• Выбор поставщика. В процессе поиска продукции обратите внимание на компании, осуществляющие производство сухого льда в вашем регионе. При транспортировке на дальние расстояния, необходимо учитывать естественные потери в весе при суточной сублимации. ООО «Амарко-Сервис» производит и реализует продукцию г. Москве. Воспользоваться услугой и заказать сухой лед могут все жители Москвы и Московской области. Товар отпускается в розницу, мелким и крупным оптом.
• Правильная подготовка к транспортировке. Для перевозки сухого льда необходимо использовать специальную тару – изотермические контейнера.

Хранение сухого льда: необходимые предосторожности

Покупку сухого льда желательно производить непосредственно перед его использованием. Если это неудобно, приняв соответствующие меры безопасности, обеспечивают достаточно продолжительное и безопасное хранение материала. Для этого необходимо соблюдение следующих правил:

• Тара. Категорически не разрешено хранить сухой лед в полностью герметичных емкостях – плотно закрывающихся банках, металлических контейнерах. Процесс перехода вещества из твердой в газообразную форму неизбежен. Температура сухого льда при которой он начинает сублимировать -78,5 ° C. В процессе сублимации в емкости скапливается углекислый газ. Его объем превышает объем в твердом состоянии. В результате возникает избыточное давление. При достижении критического предела тара взорвется. В холодильной камере хранить сухой лед в открытом виде нет смысла, т.к. его температура гораздо ниже, чем может быть создано в ней. Сухой лед будет сублимировать.
• Выбор места хранения. Хранить емкости с сухим льдом рекомендовано в хорошо вентилируемых помещениях. Углекислый газ имеет свойство скапливаться внизу, поэтому помещение должно быть достаточно высоким. Желательно, чтобы оно было нежилым. Углекислый газ, выделяемый в процессе сублимации сухого льда, вытесняет уислород в следствии чего вызывает удушье у людей и животных.
• Правила безопасности. Сухой лед при соприкосновении с кожей вызывает термический ожог. Работать с ним необходимо в защитных перчатках. Категорически запрещено использовать сухой лед в закрытых непроветриваемых помещениях.

Инструкция по безопасному обращению с сухим льдом

• ИЗБЕГАЙТЕ КОНТАКТА С КОЖЕЙ И ГЛАЗАМИ! Сухой лед имеет очень низкую температуру — и за несколько секунд непосредственного контакта может вызвать серьезное обморожение (обморожение – это холодовая травма, похожая на ожог).
• НЕ БЕРИТЕ СУХОЙ ЛЕД ГОЛЫМИ РУКАМИ. Всегда используйте изолированные перчатки. Также рекомендуется надевать защитные очки, одежду с длинными рукавами, длинные штаны и обувь. Для обращения с кусками сухого льда используйте щипцы.
• НЕ ГЛОТАЙТЕ СУХОЙ ЛЕД. При случайном проглатывании сухой лед может вызвать серьезные внутренние повреждения. Не используйте сухой лед для охлаждения напитков.
• ХРАНИТЕ В НЕДОСТУПНОМ ДЛЯ ДЕТЕЙ МЕСТЕ. Только взрослым разрешается использовать сухой лед.
• ЗАКАЗЫВАЙТЕ СУХОЙ ЛЕД ТОЛЬКО НЕОБХОДИМОЙ ФОРМЫ И РАЗМЕРА. Не распиливайте сухой лед и не используйте молоток для разбивания сухого льда на куски.
• ПЕРЕВОЗИТЕ СУХОЙ ЛЕД В БАГАЖНИКЕ АВТОМОБИЛЯ ИЛИ В КУЗОВЕ. Оставьте окна открытыми, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха. Не оставляйте сухой лед в припаркованном пассажирском автомобиле. Испарение сухого льда в закрытом пассажирском автомобиле может привести к скоплению опасной концентрации диоксида углерода, вызывающей удушье. Сухой лед можно безопасно перевозить без специальной вентиляции в закрытых грузовых отсеках грузового автомобиля, при условии ограничения доступа в кабину. При открытии грузового отсека с сухим льдом оставьте замкнутое пространство проветриться в течение 5 минут, прежде чем входить.
• НЕ ХРАНИТЕ СУХОЙ ЛЕД В СТЕКЛЯННЫХ ИЛИ ИНЫХ ГЕРМЕТИЧНЫХ (ВОЗДУХОНЕПРОНИЦАЕМЫХ) КОНТЕЙНЕРАХ. Хранение в герметичных контейнерах может привести к повреждению или взрыву контейнера из-за слишком высокого давления.
• НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ СУХОЙ ЛЕД В ЗАМКНУТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ. Сухой лед образует пары диоксида углерода, которые могут вызывать быстрое удушье.
• НЕ КЛАДИТЕ СУХОЙ ЛЕД НА КЕРАМИЧЕСКУЮ ПЛИТКУ ИЛИ ЛАМИНИРОВАННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ. Используйте твердую поверхность – деревянную разделочную доску или кусок фанеры. Иногда сухой лед используют для удаления плитки, он разрушает связывающее вещество, на котором держится плитка или ламинированный материал.
• НЕ ДОПУСКАЙТЕ ПРЯМОГО КОНТАКТА СУХОГО ЛЬДА СО СКОРОПОРТЯЩИМИСЯ ПРОДУКТАМИ ИЛИ НАПИТКАМИ В БУТЫЛКАХ/ЖЕСТЯНЫХ БАНКАХ. Продукты могут получить холодовые повреждения, а напитки в бутылках/жестяных банках могут разложиться на компоненты или взорваться.

Утилизация неиспользованного сухого льда

• НЕ ВЫБРАСЫВАЙТЕ СУХОЙ ЛЕД ВМЕСТЕ С МУСОРОМ. Дайте сухому льду испариться в хорошо проветриваемом помещении, где не может образоваться скопление газообразного диоксида углерода.
• НЕ ВЫБРАСЫВАЙТЕ СУХОЙ ЛЕД В КАНАЛИЗАЦИЮ, РАКОВИНУ ИЛИ ТУАЛЕТ. Очень низкая температура может повредить слив раковины, элементы туалета и трубы.
• НЕ ВЫБРАСЫВАЙТЕ СУХОЙ ЛЕД В МУСОРНЫЕ КОНТЕЙНЕРЫ ИЛИ МУСОРОПРОВОД.
• НЕ УТИЛИЗИРУЙТЕ СУХОЙ ЛЕД В ОБЩЕДОСТУПНЫХ МЕСТАХ.

Меры безопасности

Сухой лёд относительно безвреден по сравнению с другими низкотемпературными веществами, так как он твёрдый. Кроме того, он образует тонкий защитный слой газа на поверхности, что предотвращает прямой контакт с кожей. Однако при обращении с ним рекомендуется носить перчатки и защитные очки.

Если он контактирует с кожей в течение нескольких секунд, сублимация останавливается, и лёд прилипает к коже. Чтобы предотвратить длительный ущерб коже и подстилающим слоям ткани, его необходимо немедленно удалить (оторвать), в противном случае речь идёт о так называемом холодном горении, при котором ткань погибает. Этот процесс используется при лечении бородавок, но применяемые количества настолько малы, что отмирают только самые верхние слои кожи.
При хранении в замкнутых пространствах полученный углекислый газ вытесняет воздух из-за его более высокой плотности. В высоких концентрациях это может привести к удушью. Твёрдый С. О. 2 имеет свойство быстро испаряться и вытеснять кислород.
Не закрывайте контейнеры, в которых он хранится. Полученный газ в сублимации должен выходить наружу. Контейнер может разрушиться из-за внутреннего давления, когда он закрыт.

Сухой лёд нельзя применять для охлаждения напитков, так как его попадание внутрь опасно для жизни.

Где применяют сухой лед

Сухой лед широко используется при транспортировке замороженных и охлажденных продуктов и субстанций. А также при производстве мясных и кондитерских изделий, его добавляют в мясной фарш или тесто, охлаждая массу до нужной температуры. Он популярен в ресторанном секторе, для охлаждения без использования электричества или для создания различных визуальных эффектов.

Сухой лед применяют в пищевой отрасли / Фото: Unsplash

Сухой лед применяется в качестве охлаждающего вещества в промышленных процессах, например, в обработке или при термической усадке деталей. Мелкие гранулы сухого льда используются для струйной очистки различных поверхностей и оборудования, например, в типографиях или пищевой промышленности.

• В спектаклях и мероприятиях:

Сухой лед также используется в дымовых машинах для создания эффекта тумана в театральных спектаклях и на мероприятиях.

Сухой лед на детских праздниках / Фото: Ganz

Можно ли задохнуться от сухого льда?

Да. Ни в коем случае не используйте большое количество брикетов или гранул сухого льда в закрытых помещениях (например в сауне). Большой объем углекислого газа может вытеснить воздух к потолку и в помещении станет нечем дышать.

Чтобы кислород не вытеснялся из помещения, при использовании сухого льда необходимо хорошо проветрить комнату, открыть все окна и двери. Также нежелательно находиться вблизи того места, где используется сухой лёд. Воздуха там становится гораздо меньше. А если человек все же попал в эпицентр распространения, его необходимо срочно вывести на улицу.

Источник