Вуглекислий газ-це газова речовина, яку ми часто зустрічаємо в повсякденному житті. Він утворюється при згорянні вуглеводнів і присутній у видихуваному повітрі. Однак, термін "сухий лід" відноситься до вуглекислого газу в особливій формі, а саме у вигляді твердого стану.
Сухий лід відрізняється від звичайного льоду тим, що при нормальних атмосферних умовах він не перетворюється в рідину, а сублімує - прямо з твердого стану переходить в газоподібний без проміжної рідкої фази. Ця особливість робить його незамінним в різних областях діяльності, де потрібно охолодження без розбризкування рідини.
Термін " сухий лід "походить від англійського виразу"сухий лід". Молекули вуглекислого газу при переході з твердого в газоподібний стан не залишають конденсованої води на поверхні, тому його називають "сухим".
Молекулярна структура вуглекислого газу
Вуглецевий атом розташований в центрі молекули, оточений кисневими атомами. Вуглецю присвоєна формальна Зарядність + 4, А кожному атому кисню -2. Подібна структура молекули обумовлює її геометрію-вуглецевий атом знаходиться в центрі трикутника, утвореного атомами кисню.
Молекулярна структура вуглекислого газу має лінійне положення атомів, що робить її не полярною. Така властивість вуглекислого газу дозволяє йому служити ефективним охолоджуючим засобом, але не має дипольного моменту, необхідного для взаємодії з водними молекулами і створення сильних міжмолекулярних сил.
Вуглець та його властивості
Вуглець має ряд унікальних властивостей, які роблять його невід'ємною частиною нашого життя. Ось деякі з них:
- Вуглець має здатність утворювати величезну кількість сполук завдяки своїй здатності утворювати чотири ковалентні зв'язки.
- Вуглець може утворювати ланцюги та кільця, що дозволяє йому утворювати складні молекули.
- Вуглець здатний утворювати подвійні та потрійні зв'язки, що робить можливим утворення подвійних та потрійних зв'язків в органічних сполуках.
- Вуглець здатний утворювати алотропні форми, такі як алмаз, графіт і сухий лід.
- Вуглець є хорошим провідником електрики у формі графіту та напівпровідником у формі алмазу.
- Вуглець є основним компонентом органічної речовини, включаючи життєво важливі молекули, такі як білки, вуглеводи та нуклеїнові кислоти.
Ці властивості вуглецю відіграють важливу роль у житті на Землі та забезпечують різноманітність живих організмів та хімічних процесів.
Зв'язок вуглецю і кисню в молекулі
Сили, що утримують атоми в молекулі СО2, дуже сильні, що робить газ стабільним і інертним. Молекула СО2 не має електричного заряду і не є полярною, що робить її немагнітною. Ці властивості роблять СО2 придатним для різних застосувань, включаючи використання в сухому льоду.
Сухий лід являє собою заморожений вуглекислий газ. При тиску атмосфери і низьких температурах СО2 переходить безпосередньо з твердого стану в газоподібний, минаючи рідку фазу. Ця властивість робить сухий лід зручним та ефективним для використання в різних областях, таких як транспортування продуктів, зберігання зразків та медична діагностика.
Таким чином, зв'язок між вуглецем і киснем в молекулі СО2 визначає її фізичні і хімічні властивості, а використання сухого льоду засноване на здатності СО2 швидко переходити з твердого в газоподібний стан без проміжної рідкої фази.
Фізичні властивості сухого льоду
Сухий лід являє собою особливу форму вуглекислого газу, який знаходиться в твердому стані при дуже низькій температурі. Він має ряд унікальних властивостей, які роблять його корисним у різних галузях науки та промисловості.
- Точка замерзання: сухий лід замерзає при температурі близько -78,5 градусів Цельсія. Завдяки цій властивості його можна використовувати для охолодження та збереження продуктів, а також для контролю температурних умов у лабораторіях та медичних установах.
- Кріогенні властивості: сухий лід є кріогенною речовиною, що означає, що при взаємодії зі звичайними речовинами його температура залишається вкрай низькою. Це істотно відрізняє його від звичайного льоду і дозволяє використовувати його в якості заміни рідким гелію або азоту в ряді додатків, наприклад, в кріогенної консервації або в наукових експериментах.
- Сублімація: сухий лід прямо з твердого стану переходить в газоподібний стан в процесі, який називається сублімацією. Це означає, що при контакті з повітрям сухий лід пропадає, не залишаючи слідів або відходів. Це властивість робить його зручним для використання в ситуаціях, де необхідно уникнути залишків або утилізаційних проблем.
- Нешкідливість: сухий лід нетоксичний і безпечний для використання в харчовій та медичній промисловості. Внаслідок цього він може бути використаний для охолодження і транспортування харчових продуктів, медикаментів і вакцин, не залишаючи себе на оброблюваних поверхнях і не взаємодіючи з продуктами.
Фізичні властивості сухого льоду роблять його універсальним інструментом в різних галузях, а його здатність до сублімації і забезпечення низьких температур відкриває нові можливості в області наукових досліджень і технологій.
Низька температура замерзання
Така низька температура замерзання робить вуглекислий газ дуже холодним і змушує його перетворюватися з газоподібного стану відразу в твердий стан без проміжної рідкої фази. Це пояснює найменування "сухий лід" - при замерзанні немає утворення води, як це відбувається, наприклад, при замерзанні води.
Така низька температура і перетворення в твердий стан роблять вуглекислий газ виключно холодним і при цьому практично не залишають слідів після свого випаровування. Тому вуглекислий газ і назвали "сухим льодом", щоб підкреслити його холодність і відсутність рідкої фази в процесі замерзання.
Перехід від твердого стану до газоподібного стану
Вуглекислий газ в твердому стані називають "сухим льодом" через особливості його переходу з твердого стану в газоподібний. На відміну від більшості речовин, вуглекислий газ не переходить прямо з твердого стану в рідкий стан (як при звичайній сублімації), а прямо з твердого стану в газоподібний.
Процес переходу від твердого стану до газоподібного називається сублімацією. При зниженні тиску і підвищенні температури, Малі кристали або блоки сухого льоду починають прямо переходити в газоподібний стан, минаючи рідку фазу. Цей процес відбувається при нормальних атмосферних умовах, коли тиск становить близько 1 атмосфери.
При переході в газоподібний стан, сухий лід перетворюється в газоподібний вуглекислий газ без утворення рідини. Це є основною причиною того, що вуглекислий газ в твердому стані називають "сухим льодом".
Сублімація сухого льоду може призвести до утворення щільних хмарних хмар, оскільки виділяється вуглекислий газ, як правило, створює хмару дрібних кристалів льоду.
Відсутність залишкових слідів
В результаті сублімації вуглекислого газу не залишається ніяких залишкових слідів на поверхні, де відбувалося його перетворення з твердого стану в газоподібний. Це означає, що сухий лід не залишає ніяких вологих або водних слідів. Він сублімує, зникаючи без залишку, що робить його ідеальним для використання в багатьох областях, де потрібне швидке і безпечне очищення без створення додаткових проблем.
Відсутність залишкових слідів робить сухий лід особливо корисним при чищенні електроніки та інших чутливих поверхонь, так як він не залишає вологи або хімічних відкладень після сублімації.