Robert Levis ha versato pezzi di una sostanza biancastra in un bicchiere d'acqua, e subito il liquido cominciò a schiumare e a ribollire come una pozione magica, sputando pennacchi di nebbia sul tavolo del suo ufficio alla Temple University.

"Sembra che l'acqua stia bollendo, "disse Levi, un professore di chimica.

Proprio il contrario. La nebbia non era vapore, ma gocce d'acqua che si erano congelate, grazie a un'esplosione di freddo sotto zero dalla sostanza biancastra:ghiaccio secco.

Formalmente noto come anidride carbonica solida, il ghiaccio secco prende il soprannome da una proprietà chimica che è abbastanza descritta come sublime. non si scioglie, ma sublima, passando direttamente dal solido al gas, senza liquidi disordinati coinvolti. E poiché la forma solida ha una temperatura di 109 gradi Fahrenheit negativi, raffredda tutto nelle vicinanze come un campione.

Come i vaccini. Come abbiamo sentito per mesi, i colpi di COVID-19 realizzati da Pfizer Inc. e BioNTech SE richiedono particolare attenzione alla "catena del freddo", mantenendo le fiale a temperature ultra basse durante il viaggio dalla fabbrica alla clinica in modo che il prodotto a base di RNA non si degradi. Le temperature normali del congelatore sono OK per due settimane prima dell'uso, ma per lo stoccaggio e il trasporto a lungo termine, l'intervallo richiesto è compreso tra -112 e -76 gradi:una misura perfetta per il ghiaccio secco.

Levis ha recentemente illustrato le fantastiche proprietà del materiale con una serie di dimostrazioni. C'erano palloncini che scoppiavano. Colorante alimentare. Una pistola giocattolo che sparava bolle di sapone!

Il suo vero lavoro consiste nella ricerca su argomenti all'avanguardia come l'uso di laser per misurare i "marcatori" chimici delle lesioni cerebrali, ma chi dice che i tipi universitari non possono divertirsi un po'? Levi, che insegna anche la chimica della produzione del vino, è un grande sostenitore dell'uso dei fenomeni quotidiani come strumenti didattici.

e ghiaccio secco, utilizzato per scopi così vari come fare il gelato, facendo esplodere graffiti sui muri, e creando "nebbia" per effetti speciali, è il più quotidiano possibile.

Perché è secco?

In poche parole, le molecole di anidride carbonica non si attaccano bene l'una all'altra.

Per capire perché, cominciamo con l'acqua. Le molecole d'acqua sono "polari, " significa che sono leggermente positivi da un lato (gli atomi di idrogeno in H2O) e leggermente negativi dall'altro (l'ossigeno). Gli opposti si attraggono, quindi le molecole si attaccano abbastanza bene. Questo è il motivo per cui le molecole d'acqua tendono a raggrupparsi in piccole perline su un bicchiere o sul parabrezza di un'auto, un processo chiamato coesione.

Ma le molecole di anidride carbonica (CO ₂ ) hanno un atomo di ossigeno (la parte negativa) su entrambe le estremità, con il carbonio nel mezzo. Nessuna attrazione tra la fine di una molecola e l'altra. Il risultato:non ci vuole molto perché le molecole di anidride carbonica si dividano l'una dall'altra. Una volta che hai superato i 109 gradi negativi, fruscio! Le molecole si separano nella fase gassosa, senza sosta nella forma liquida.

A temperatura ambiente, succede in fretta.

Dimostrare, Levis ha messo pezzi di ghiaccio secco in una bottiglia di plastica e ha attaccato un palloncino sopra. Poi fece lo stesso per un'altra bottiglia con cubetti di quello che chiamò "ghiaccio d'acqua", cioè acqua gelata, non la delizia estiva di Filadelfia. (Nota per coloro che potrebbero provare da soli:indossare guanti protettivi per maneggiare il ghiaccio secco, e farlo in un'area ventilata.)

Quasi immediatamente, il palloncino sulla bottiglia di ghiaccio secco cominciò a gonfiarsi, come i pezzi solidi sublimati in anidride carbonica. In pochi minuti, scoppio! Niente più palloncini.

"Ah ah!" ridacchiò. "Vale la pena aspettare."

Eppure nell'altra bottiglia, il ghiaccio normale si è semplicemente sciolto in acqua. Piccole quantità evaporavano, ma non abbastanza per vedere alcun impatto. Il pallone è rimasto floscio.

Come è fatto

Se una sostanza è solida, liquido, o il gas dipende da più della temperatura. Un altro fattore è la pressione. Se la pressione è abbastanza alta, anche l'anidride carbonica può essere compressa da un gas nella sua fase liquida.

Infatti, è così che si fa il ghiaccio secco, disse Rich Gottwald, presidente dell'Associazione Gas Compresso, un gruppo commerciale del settore. (Tra i suoi membri c'è Airgas con sede a Radnor, uno dei principali produttori statunitensi di ghiaccio secco.)

Primo, l'anidride carbonica viene catturata come sottoprodotto da vari processi industriali come la produzione di etanolo. Viene quindi compresso in un liquido all'interno di un serbatoio di metallo. Quando viene aperto un tipo speciale di valvola di rilascio, l'improvviso calo di pressione permette al liquido di fuoriuscire rapidamente sotto forma di gas. La temperatura scende di conseguenza, tanto che il gas si congela subito in scaglie bianche:ghiaccio secco.

Lo stesso principio viene utilizzato nel condizionamento e nella refrigerazione, quando il fluido refrigerante viene compresso e poi lasciato espandersi in forma gassosa, più e più volte in un ciclo. Ma altre sostanze sono usate per quello scopo, non anidride carbonica. Non esiste una fase "ghiaccio", solo liquido e gas. Mentre gli studenti di chimica imparano, ogni sostanza si comporta in modo diverso in risposta a varie combinazioni di temperatura e pressione.

I membri del gruppo commerciale del gas compresso producono 35, 000 tonnellate di anidride carbonica ogni giorno negli Stati Uniti e in Canada, di cui il 16% trasformato in ghiaccio secco, ha detto Gottwald. Per soddisfare la domanda aggiuntiva per la spedizione dei vaccini, le aziende hanno aumentato la produzione di ghiaccio secco di circa il 5%, che equivale a meno dell'1% della produzione totale di anidride carbonica. Non sono state segnalate carenze.

Roba pesante

Fatto divertente finale. Questo non ha nulla a che fare con la sua utilità nella spedizione di vaccini, ma l'anidride carbonica è più densa dell'aria. Dimostrare, Levis ha messo pezzi di ghiaccio secco in un bidone di plastica e ha permesso che iniziasse a sublimarsi in uno strato invisibile di gas.

Ha poi usato una pistola giocattolo per sparare bolle di sapone attraverso la parte superiore. Le bolle erano piene d'aria, e normalmente sarebbe sprofondato a terra a causa del peso della sottile pellicola di sapone. Ma nella demo del chimico, le bolle piene d'aria rimasero in alto, galleggia sopra lo strato di anidride carbonica più denso sottostante.

"È proprio come un pallone ad elio, " Egli ha detto.

Anche l'anidride carbonica è un gas serra, il che significa che svolge un ruolo nel cambiamento climatico, ma questo è un argomento per un altro giorno. E il ghiaccio secco non contribuisce davvero al problema, poiché è composto da CO ₂ che viene comunque prodotto.

Tornando al tema del momento:mantenere freddi i vaccini. Alcune altre sostanze potrebbero portare a termine il lavoro, come l'azoto liquido. Ma sarebbe eccessivo, poiché la sua temperatura è di 320 gradi negativi.

Puoi anche raffreddare il ghiaccio normale abbastanza lontano da mantenere i vaccini freddi. Ma sarebbe meno efficiente del semplice utilizzo del ghiaccio secco stesso, disse Levi, che è decano associato anziano del College of Science and Technology del Tempio. Oltretutto, quando il ghiaccio normale si scioglie, il risultato (sorpresa!) è l'acqua. Le etichette dei vaccini verrebbero via.

Quindi, mentre navighi nel complicato processo per iscriverti alla vaccinazione, ha senso rilassarsi almeno in un aspetto. Il ghiaccio secco è sul caso.

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