Każda substancja może występować w trzech stanach skupienia: jako gaz, ciecz i ciało stałe. Bardzo dobrze znamy to na przykładzie wody. Na tej stronie pokażę, że potocznie stosowany do saturacji napojów dwutlenek węgla też może występować jako ciało stałe.
Dwutlenek węgla CO2 w stanie zestalonym potocznie nazywa się "suchym lodem". Takie określenie przyjęło się pewnie dlatego, że jest bardzo podobny do zwykłego lodu i przechodzi bezpośrednio w fazę gazową z pominięciem cieczy - jest to tzw. sublimacja.
Zdj. Zestalony dwutlenek węgla tzw. suchy lód.
Suchy lód sublimuje pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze -78,9°C, pobierając ciepło przemiany 573 kJ/kg. Wartość ta w porównaniu z lodem (wodnym), jest większa 1,9 raza w przypadku tej samej masy, a 3,3 raza większa w przypadku jednakowej objętości.
Woda w połaczeniu z suchym lodem przyspiesza proces sublimacji. Suchy lód otrzymuje się z gazowego CO2 (przez sprężanie otrzymuje się cykl ciekły, następnie stały CO2). W laboratoriach najczęściej wykorzystuje się duże ciepło parowania skroplonego CO2 - strumień wylewanej z butli cieczy oziębia się tak silnie, że ulega częściowemu zestaleniu.
Jest to materiał bezzapachowy, bezsmakowy, nietrujący, niepalny, obojętny, bakteriostatyczny o twardości 2 w skali Mohr`a. Gazowy CO2 jest cięższy od powietrza a w dużych stężeniach tworzy chmurę tzw. "zimną mgłę". Ze względu na niską temperaturę suchego lodu (poniżej -70°C) powinno się go przenosić w specjalnych izolowanych pojemnikach. Nie powinno się dotykać gołymi rękoma tylko specjalnym szczypcami w rękawicach ochronnych.
Bardzo zainteresowała mnie ta substancja więc postanowiłem ją zdobyć. Zakupiłem przenośną lodówkę samochodową i wybrałem się do Zakładów Azotowych w Puławach. Tam za 24 PLN zakupiłem 10 kilogramową jednolitą kostkę suchego lodu.
Zdj. Jednolita kostka suchego lodu o masie 10 kg.
Do ciekawszych eksperymentów, które można przeprowadzić z tą substancją jest sublimacja w ciepłej wodzie. Eksperyment jest bardzo prosty - do naczynia nalewamy ciepłej wody i wkładamy bryłkę suchego lodu.
Zdj. Sublimacja w ciepłej wodzie.
Im woda jest cieplejsza tym sublimacja przebiega dużo szybciej i wydziela się znacznie więcej zimnej mgły.
Zdj. Kolejne zdjęcie przedstawiające sublimację opisywanej substancji.
Zdj. Sublimacja w gorącej wodzie - proces przebiega dużo szybciej.
Jeżeli do wody w której sublimuje zestalony dwutlenek węgla dodamy trochę płynu np. Ludwika otrzymamy generator dymiącej piany.
Zdj. Sublimacja suchego lodu w wodzie z detergentem.
Zdj.Gdy dotykamy powstającą pianę uwalnia się biały dym
Z wielką bryłą CO2 jest problem bo ciężko jest ją podzielić na mniejsze kawałki, a już napewno bardzo trudno jest uzyskać kształt pożądany. Ja wpadłem na pomysł by zastosować drut oporowy i zasilacz. Pomysł sprawdził się całkiem nieźle - cięcie nie jest może zbyt szybkie ale kostki wychodzą bardzo równe i powstają przy tym ciekawe efekty dźwiękowe.
Zdj. Cięcie suchego lodu drutem oporowym.
Teraz kolejna ciekawa reakcja. Suchy lód można "zmusić do świecenia" za sprawą ciekawej reakcji dwutlenku węgla z magnezem wg. równania
CO2 + 2Mg = 2MgO + C
Na jedną kostkę lodu wsypujemy wiórki magnezowe i podpalamy. Musimy założyć okulary ochronne bo reakcja przebiega bardzo gwałtownie i magnez rozpryskuje na boki.
Zdj. Przygotowanie eksperymentu.
Zdj. Reakcja magnezu z dwutlenkiem węgla.
Zdj. Dalszy ciąg reakcji.
Zdj. I po reakcji.
Na zdjęciu po reakcji widać jej produkty - węgiel i tlenek magnezu.