Введение

Твердый диоксид углерода

Сухой лед в разговорной речи означает твердое состояние углекислого газа. Он широко используется для временного охлаждения, так как диоксид углерода не имеет жидкой фазы при нормальном атмосферном давлении и сублимирует непосредственно из твердого состояния в газообразное. Он применяется главным образом в качестве хладагента, но также используется в сценических машинах для создания тумана ради создания драматического эффекта. Его преимущества включают более низкую температуру по сравнению с водяным льдом и отсутствие остатков после испарения (за исключением незначительного инея, образующегося из влаги в воздухе). Он полезен для сохранения замороженных продуктов (например, мороженого) в условиях отсутствия механического охлаждения. Сухой лед сублимирует при нормальном атмосферном давлении на Земле. Эта экстремальная холодность делает обращение с ним опасным без защиты от обморожения. Хотя он обычно не очень токсичен, выделяемый им газ может вызвать гиперкапнию (ненормально высокий уровень углекислого газа в крови) из-за его накопления в замкнутых пространствах.

История

Как правило, считается, что сухой лед впервые был обнаружен в 1835 году французским изобретателем Адриеном Жан Пьером Тилорье (1790–1844), который опубликовал первое описание этого вещества. В ходе своих экспериментов он заметил, что при открытии крышки большого цилиндра, содержащего жидкий углекислый газ, большая часть жидкости быстро испарялась. В контейнере оставался 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 успешно развил производство сухого льда как отрасль промышленности. В 1925 году эта твердая форма CO2 была зарегистрирована как торговая марка "Dry ice" компанией DryIce Corporation of America, что и привело к его общепринятому названию. В том же году компания DryIce Co. впервые начала коммерческую продажу этого вещества, предлагая его для целей охлаждения. Наиболее распространенный промышленный метод производства сухого льда начинается с газа с высокой концентрацией углекислого газа. Такие газы могут быть побочным продуктом других процессов, например, производства аммиака из азота и природного газа, нефтепереработки или крупномасштабной ферментации. Плотность гранул составляет 60–70% от плотности блоков. Сухой лед также образуется как побочный продукт криогенного разделения воздуха – отрасли, специализирующейся на производстве чрезвычайно холодных жидкостей, таких как жидкий азот и жидкий кислород. В этом процессе углекислый газ сжижается или замерзает при значительно более высокой температуре, чем необходимо для сжижения азота и кислорода. Углекислый газ необходимо удалять в ходе процесса, чтобы предотвратить отложение сухого льда на оборудовании, а после отделения его можно переработать в коммерческий сухой лед способом, аналогичным описанному выше.

Промышленный

Сухой лед может использоваться для ослабления асфальтовых напольных плиток или автомобильных шумоизоляционных материалов, облегчая их демонтаж, а также для замораживания воды в трубах без запорной арматуры с целью проведения ремонта. Одним из наиболее распространенных механических применений сухого льда является струйная очистка. Гранулы сухого льда выбрасываются из сопла под давлением сжатого воздуха, сочетая в себе силу скорости гранул и эффект сублимации. Это позволяет удалять отложения с промышленного оборудования. К удаляемым материалам относятся чернила, клей, масло, краска, плесень и резина. Струйная очистка сухим льдом может заменить пескоструйную, пароструйную, водоструйную или струйную очистку с использованием растворителей. Основным экологическим продуктом струйной очистки сухим льдом является сублимированный CO2, что делает этот метод полезным в тех случаях, когда остатки от других видов струйной обработки нежелательны. В последнее время струйная очистка стала применяться для удаления следов пожара и копоти с конструкций. Сухой лед также эффективен для удаления легковоспламеняющихся паров из резервуаров хранения – сублимация гранул сухого льда внутри опустошенного и вентилируемого резервуара вызывает выброс CO2, который выносит с собой легковоспламеняющиеся пары. При снятии и установке гильз цилиндров в крупных двигателях используется сухой лед для охлаждения и, соответственно, сжатия гильзы, чтобы она свободно входила в блок цилиндров. При нагревании гильза расширяется, создавая плотную посадку за счет интерференции. Аналогичные методы могут применяться при изготовлении механических узлов, требующих высокой прочности соединения, заменяя необходимость в штифтах, ключах или сварке. Он также может использоваться в качестве охлаждающей жидкости при резке.

Научные

В лабораториях суспензия сухого льда в органическом растворителе является полезной охлаждающей смесью для проведения холодных химических реакций и конденсации растворителей в роторных испарителях. Сухой лед и ацетон образуют холодную баню, которую, например, можно использовать для предотвращения теплового разгона в окислении Сверна. Процесс модификации облачных осадков можно осуществлять с использованием сухого льда.

Сухоледовые бомбы

"Сухоледная бомба" – это устройство, похожее на воздушный шар, использующее сухой лёд в герметичном контейнере, например, в пластиковой бутылке. Обычно добавляют воду для ускорения сублимации сухого льда. По мере сублимации сухого льда давление возрастает, что приводит к взрыву бутылки с громким хлопком. Винтовую крышку можно заменить резиновой пробкой, чтобы создать водяную ракету. Устройство "сухоледная бомба" было продемонстрировано в 57-м эпизоде MythBusters "Mentos and Soda", впервые вышедшем в эфир 9 августа 2006 года. Оно также фигурировало в эпизоде Time Warp и в эпизоде мультсериала Archer.

Инопланетные явления

После пролета космического аппарата "Маринер-4" мимо Марса в 1966 году ученые пришли к выводу, что полярные шапки Марса полностью состоят из сухого льда. Однако, результаты исследований, проведенных в 2003 году исследователями Калифорнийского технологического института, показали, что полярные шапки Марса почти полностью состоят из водяного льда, а сухой лед образует лишь тонкий поверхностный слой, который сезонно утолщается и истончается. Было предложено, что над полярными регионами Марса происходят явления, названные сухими ледяными бурями. Они сопоставимы с земными грозами, где кристаллический CO2 заменяет воду в облаках. Сухой лед также рассматривается как возможный механизм образования гейзеров на Марсе. В 2012 году зонд Venus Express Европейского космического агентства обнаружил холодный слой в атмосфере Венеры, где температура близка к тройной точке углекислого газа, и существует вероятность выпадения хлопьев сухого льда. Наблюдения, сделанные аппаратом "Вояджер-2" при пролете мимо Урана, указывают на наличие сухого льда на поверхности его крупных спутников Ариэль и Умбриэль. Наблюдения "Вояджера-2" за спутником Нептуна Тритоном предполагали наличие сухого льда на его поверхности, однако последующие наблюдения показали, что углеродные льды на поверхности состоят из монооксида углерода, хотя кора спутника содержит значительное количество сухого льда.

Безопасность

Длительное воздействие сухого льда может вызвать серьезные повреждения кожи из-за обморожения, а образующийся туман может затруднить безопасное прекращение контакта. Поскольку сухой лед сублимирует, выделяя большое количество углекислого газа, что может привести к гиперкапнии, сухой лед следует использовать только на открытом воздухе в хорошо проветриваемом помещении. Мелкие гранулы сухого льда, используемые в методе криоочистки, не содержат масляных остатков. Сухому льду присвоен номер ООН – код для опасных веществ: UN 1845. Европейский Союз не классифицирует сухой лед как опасное вещество, а Министерство транспорта США не относит его к опасным грузам при наземной транспортировке. Известно как минимум об одном случае гибели человека от углекислого газа, выделяющегося при сублимации сухого льда в кулерах, находящихся в автомобиле. В 2020 году на вечеринке в Москве погибли три человека после того, как в бассейн было выброшено 25 кг сухого льда; углекислый газ тяжелее воздуха и может скапливаться у земли, непосредственно над поверхностью воды.

Выпей .

Сухой лед иногда используется для создания эффекта тумана в коктейлях. Один посетитель бара, случайно проглотивший гранулы из напитка, получил серьезные ожоги пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки, что привело к стойким проблемам с приемом пищи. Быстрая сублимация может привести к накоплению газа, способного разорвать органы пищеварения или вызвать удушье. Продукты, содержащие сухой лед и предотвращающие его случайное проглатывание, устраняют эти риски, обеспечивая при этом желаемый эффект тумана.