Класс!ная физика
Занимательные фишки - 7 класс Занимательные фишки - 8 класс Занимательные фишки - 9 класс 10-11 класс Диафильмы по физике

Знания нельзя купить, здесь их дают бесплатно!



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 ...





Устали? - Отдыхаем!

Вверх