Robert Levis gooide stukjes van een witachtige substantie in een beker water, en onmiddellijk begon de vloeistof te schuimen en te karnen als een tovenaarsdrank, hij spuwde mistpluimen over de tafel van zijn kantoor aan de Temple University.

"Het lijkt alsof het water kookt, " zei Levis, een scheikundeprofessor.

Juist het tegenovergestelde. De mist was geen stoom, maar waterdruppels die bevroren waren - dankzij een explosie van vrieskou van de witachtige substantie:droogijs.

Formeel bekend als vast koolstofdioxide, droogijs dankt zijn bijnaam aan een chemische eigenschap die redelijk wordt omschreven als subliem. Het smelt niet, maar sublimeert - gaat rechtstreeks van vast naar gas, zonder rommelige vloeistof. En omdat de vaste vorm een ​​temperatuur heeft van min 109 graden Fahrenheit, het koelt alles in de buurt als een kampioen.

Zoals vaccins. Zoals we al maanden horen, de COVID-19-opnames gemaakt door Pfizer Inc. en BioNTech SE vereisen speciale aandacht voor de "koude keten" - de flacons op ultralage temperaturen houden tijdens de reis van fabriek naar kliniek, zodat het op RNA gebaseerde product niet degradeert. Normale vriezertemperaturen zijn twee weken voor gebruik OK, maar voor langdurige opslag en transport, het vereiste bereik ligt tussen -112 en -76 graden:een perfecte pasvorm voor droogijs.

Levis illustreerde onlangs de coole eigenschappen van het materiaal met een reeks demonstraties. Er waren ballonnen die knalden. Kleurstof voor levensmiddelen. Een speelgoedpistool dat zeepbellen schoot!

Zijn echte werk omvat onderzoek naar geavanceerde onderwerpen zoals het gebruik van lasers om de chemische "markers" van hersenletsel te meten, maar wie zegt dat universiteitstypes geen plezier kunnen hebben? Levi's, die ook lezingen geeft over de chemie van het maken van wijn, is een groot voorstander van het gebruik van alledaagse fenomenen als leermiddelen.

En droogijs, gebruikt voor uiteenlopende doeleinden zoals het maken van ijs, graffiti van muren schieten, en het creëren van "mist" voor speciale effecten, is ongeveer zo alledaags als je kunt krijgen.

Waarom het droog is

Simpel gezegd, moleculen kooldioxide hechten niet goed aan elkaar.

Om te begrijpen waarom, laten we beginnen met water. Watermoleculen zijn "polaire, " wat betekent dat ze aan de ene kant licht positief zijn (de waterstofatomen in H2O) en lichtjes negatief aan de andere kant (de zuurstof). Tegenpolen trekken elkaar aan, zodat de moleculen redelijk goed aan elkaar plakken. Dit is de reden waarom watermoleculen de neiging hebben zich in kleine kralen op een drinkglas of autoruit te clusteren, een proces dat cohesie wordt genoemd.

Maar moleculen van koolstofdioxide (CO ₂ ) aan beide uiteinden een zuurstofatoom (het negatieve deel) hebben, met koolstof in het midden. Geen aantrekkingskracht tussen het uiteinde van het ene molecuul en het volgende. Het resultaat:er is niet veel voor nodig om kooldioxidemoleculen uit elkaar te halen. Zodra je hoger wordt dan min 109 graden, oeps! De moleculen springen uit elkaar in de gasfase, zonder te pauzeren in de vloeibare vorm.

Op kamertemperatuur, het gebeurt in een haast.

Laten zien, Levis plaatste stukjes droogijs in een plastic fles en bevestigde er een ballon over. Vervolgens deed hij hetzelfde voor een andere fles met blokjes van wat hij "waterijs" noemde - dat wil zeggen, bevroren water, niet de zomerse Philadelphia-traktatie. (Opmerking voor degenen die dit misschien zelf proberen:draag beschermende handschoenen om het droogijs te hanteren, en doe dit in een geventileerde ruimte.)

Bijna onmiddelijk, de ballon op de droogijsfles begon op te blazen, terwijl de vaste brokken sublimeerden tot koolstofdioxidegas. In slechts een paar minuten, knal! Geen ballon meer.

"Haha!" grinnikte hij. "Het wachten waard."

Maar in de andere fles, het gewone ijs smolt gewoon in water. Kleine hoeveelheden verdampten, maar niet genoeg om enig effect te zien. De ballon bleef slap.

Hoe het is gemaakt

Of een stof vast is, vloeistof, of gas is afhankelijk van meer dan de temperatuur. Een andere factor is druk. Als de druk hoog genoeg is, zelfs koolstofdioxide kan van een gas in zijn vloeibare fase worden gecomprimeerd.

In feite, zo wordt droogijs gemaakt, zei Rich Gottwald, voorzitter van de Compressed Gas Association, een brancheorganisatie. (Onder haar leden is het in Radnor gevestigde Airgas, een van de toonaangevende Amerikaanse producenten van droogijs.)

Eerst, kooldioxidegas wordt opgevangen als bijproduct van verschillende industriële processen, zoals het maken van ethanol. Het wordt vervolgens samengeperst tot een vloeistof in een metalen tank. Wanneer een speciaal soort ontlastklep wordt geopend, door de plotselinge drukval kan de vloeistof snel als een gas ontsnappen. De temperatuur daalt dienovereenkomstig, zozeer zelfs dat het gas onmiddellijk bevriest tot witte vlokken:droogijs.

Hetzelfde principe wordt gebruikt in airconditioning en koeling, als koelvloeistof wordt gecomprimeerd en vervolgens wordt toegestaan ​​om uit te zetten in gasvorm, keer op keer in een cyclus. Maar daarvoor worden andere stoffen gebruikt, geen kooldioxide. Er is geen "ijs" fase, gewoon vloeistof en gas. Zoals scheikundestudenten leren, elke stof gedraagt ​​zich anders als reactie op verschillende combinaties van temperatuur en druk.

Leden van de handelsgroep voor gecomprimeerd gas produceren 35, 000 ton koolstofdioxide per dag in de VS en Canada, waarvan 16% wordt verwerkt tot droogijs, zei Gottwald. Om tegemoet te komen aan de extra vraag naar het verzenden van de vaccins, bedrijven hebben de droogijsproductie met naar schatting 5% verhoogd, wat neerkomt op minder dan 1% van de totale productie van kooldioxide. Er zijn geen tekorten gemeld.

Zwaar spul

Laatste leuk weetje. Dit heeft niets te maken met het nut ervan bij het verzenden van vaccins, maar koolstofdioxide is dichter dan lucht. Laten zien, Levis plaatste stukjes droogijs in een plastic bak en liet het sublimeren tot een onzichtbare gaslaag.

Vervolgens gebruikte hij een speelgoedpistool om zeepbellen over de bovenkant te schieten. De bellen waren gevuld met lucht, en zou normaal gesproken op de grond zijn gezonken vanwege het gewicht van de dunne zeepfilm. Maar in de demo van de chemicus, de met lucht gevulde bellen bleven in de lucht, drijvend bovenop de laag dichtere kooldioxide eronder.

"Het is net een heliumballon, " hij zei.

Kooldioxide is ook een broeikasgas, wat betekent dat het een rol speelt bij klimaatverandering, maar dat is een onderwerp voor een andere dag. En droogijs draagt ​​niet echt bij aan het probleem, omdat het is gemaakt van CO ₂ dat wordt toch geproduceerd.

Terug naar het onderwerp van het moment:vaccins koud houden. Een paar andere stoffen zouden de klus kunnen klaren, zoals vloeibare stikstof. Maar dat zou overdreven zijn, aangezien de temperatuur negatief 320 graden is.

Je kunt ook gewoon ijs ver genoeg afkoelen om de vaccins koud te houden. Maar dat zou minder efficiënt zijn dan alleen het gebruik van droogijs zelf, zei Levi, die senior associate decaan is van het Temple's College of Science and Technology. Daarnaast, als gewoon ijs smelt, het resultaat (verrassing!) is water. De vaccinlabels zouden loskomen.

Dus terwijl u door het omslachtige proces navigeert om u aan te melden voor vaccinatie, het is logisch om in ten minste één opzicht te chillen. Droogijs is op de zaak.

(c) 2021 VS vandaag
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.