Evaluación del cambio de fase de hielo seco

Evaluación del cambio de fase de hielo seco

Adriana Rodríguez Velásquez, Código 117003643, adrianda.velasquez@unillanos.edu.co

Diego Fernando Quintero, Código 117003025, diego.quintero@unillanos.edu.co

Ingeniería Agroindustrial

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Resumen

La presente práctica se basó en una serie de experimentos físicos y químicos en los cuales se pudieron observar las propiedades del hielo seco, en los experimentos realizados se hizo reaccionar el hielo seco con agua-colorante observando la formación de gas, se puso el hielo seco en una cuchara escuchando un chillido perturbador, se hizo reacción el hielo seco con agua-jabón observando la formación de burbujas, se compararon las propiedades del hielo seco con las del hielo de agua, se observó el punto triple del hielos seco y que el aumento de la presión interna que causa un gas en un recipiente cerrado.

Palabras clave: Hielo seco, punto triple, fase, estado, dióxido de carbono.

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1. INTRODUCCIÓN

El hielo seco hace referencia al CO2 en estado sólido, recibe este nombre porque, pese a parecerse al hielo normal o a la nieve por su aspecto y temperatura, cuando se sublima no deja residuo de humedad, debido a las bajas temperaturas que alcanza alrededor de −78,5 °C se debe tener precaución a la hora de la manipulación puesto que puede causar quemaduras por frio. Se reconocen los fundamentos de los cambios de fase, y se analiza el comportamiento de hielo seco en ese punto mediante una serie de experimentos realizados con jabón. Añadiendo colorante y encerrando el gas en una botella, finalmente se observan los cambios físicos que presenta.

1. MARCO TEÓRICO

• Hielo seco

Se conoce con el nombre de hielo seco al dióxido de carbono (CO2) en estado sólido que, a presión atmosférica, se encuentra a una temperatura de -78,5 pc. Se obtiene normalmente a partir del gas generado como subproducto de otros procesos industriales, como plantas de combustión o reacciones de fermentación. Su calificativo se debe a que, al ceder sus frigorías, el CO2 sólido se sublima sin generar líquido, agua o humedad de ningún tipo. De hecho, al sublimarse se genera una atmósfera saturada de dióxido de carbono que, al ser un gas seco, tiende a reducir el grado de humedad en el ambiente. Esta característica es muy interesante cuando se trata de conservar productos sensibles a la humedad.1 

• Propiedades

Cuando el hielo seco intercambia su frío latente con el medio circundante, se transforma de sólido a gas sin pasar por estado líquido: este proceso de transformación se denomina sublimación.2 

• Peligrosidad en su manejo

El hielo seco es extremadamente frío y alcanza temperaturas de alrededor de −78,5 °C (o 194,65 K). Debido a esto, es importante manejar el hielo seco con precaución. Si se utiliza incorrectamente, el hielo seco puede causar quemaduras por frío o cualquier otro daño al cuerpo, otras personas o animales. Es importante entender todos los procedimientos adecuados de manipulación antes de usar hielo seco. Estos incluyen usar guantes aislantes, el uso de pinzas y gafas de seguridad.3

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Gráfica 1. Diagrama de fases del CO2

El punto “O" es el punto triple, donde se tienen los valores de presión y temperatura único a los que coexisten las tres fases, solido, líquido y gas en equilibrio. Para el punto triple la temperatura es de -65,4°C y la presión de 5,2 Atm. En el punto crítico “C” el cual se define como el límite para el cual el volumen de un líquido es igual al de una masa igual de vapor o, dicho de otro modo, en el cual las densidades del líquido y del vapor son iguales. , la temperatura critica es de 31,1, y la presión de 73 atm.4 

El hielo seco pasa al proceso de deposición o sublimación a la temperatura crítica de -78 °C. Al alcanzar el CO2 temperaturas por debajo de los -78 °C, pasa directamente del estado gaseoso al sólido (es decir, formas de hielo seco) en un proceso denominado “deposición” o “sublimación inversa”. En contraste, al alcanzar el CO2 temperaturas superiores a los -78 °C, pasa directamente del estado sólido al gaseoso (es decir, el hielo seco desaparece y se convierte en gas de CO2) en un proceso denominado “sublimación”. Durante los procesos de sublimación y deposición, el hielo seco nunca alcanza la fase líquida. Además, no existen residuos ni desechos líquidos asociados al hielo seco.5

1. PROCEDIMIENTO

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1. CALCULOS Y RESULTADOS

• Agua- colorante con hielo seco

Es este procedimiento se observa el gas (CO2) por el hecho de haberse sublimado entrando en contacto con el agua, además se observa que este sale de solo totalmente blanco aun teniendo colorante azul. El gas que sale es totalmente frío.

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• Hielo seco- cuchara

Cuando se presiona la espátula contra el trozo de hielo este emite un sonido muy particular, además se siente una pequeña vibración cuando hay este contacto.

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• Burbujas de CO2 

Al llevar a cabo este procedimiento con jabón se observa que en cuanto el hielo empieza a sublimarse se crean burbujas e donde el jabón encapsula al co2 haciendo que se creen varias burbujas hasta salirse del vaso de precipitado.  

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• Hielo seco vs. Hielo de agua

Al hacer las comparaciones cuando se deslizan los dos tipos de hielo se observó que el hielo de agua tiene menos velocidad que el hielo seco puesto que este genera más fricción, por su parte el hielo seco tiene en la parte inferior una “capa” de gas que no le permite hacer mucha fricción contra el mesón por lo tanto desliza a una mayor velocidad.

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• Punto triple: Hielo seco – Pipeta      pasteur

Cuando se idioma el agua más el hielo seco a la botella este va desprendiendo el CO2 de manera gaseosa, por su parte la botella al estar totalmente cerrada y sus paredes no ser muy rígidas se va llenando de gasta hasta que la presión ejercida por el gas dentro de ella se hace muy grande y hace esta finalmente explote para liberar el gas.

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