Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Název školy Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64 Název materiáluVY_32_INOVACE_CH_6E_BAR_27_SUCHYLED AutorMgr. Ivan Bartoš, Ph.D. Tematický okruhChemické reakce Ročník6. Datum tvorby AnotaceDemonstrace vlastností suchého ledu, kvůli nimž je využíván v technice a chladírenství. Metodický pokynPracovní list je určen jako výuková pomůcka se zaměřením na mezipředmětové vztahy předmětů chemie, fyzika, biologie, dějepis i jako materiál k samostudiu. Možnosti využití: promítání, práce jednotlivců nebo dvojic u PC, vytištění pracovního listu pro laboratorní cvičení. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

Pomůcky: velká káď nebo kbelík, svíčky, termoska Chemikálie: pevný CO 2, voda Bezpečnost: oxid uhličitý S9,26,36 Postup: Připravíme několik litrů vroucí vody, které nalijeme do velké nádoby (objem aspoň 50 litrů), např. kádě či kbelíku. Do kádě s horkou vodou vložíme několik kusů suchého ledu. Protože je pevný oxid uhličitý vystaven teplotě o hodnotě vyšší, než je teplota sublimace, dojde k vývoji plynného oxidu uhličitého. Voda zdánlivě vře a bublá, neboť dochází k uvolňování bublinek plynného oxidu uhličitého. Na zapálené svíčky umístěné na volném povrchu nebo ve velké nádobě nalijeme plynný oxid uhličitý uvolněný sublimací. Námět pro žákovský projekt: Do několika nádob s roztoky různých acidobazických indikátorů vložíme kousky suchého ledu. Dochází k barevným změnám. Zaznamenejte je a vysvětlete.

Vysvětlení: CO 2 nepodporuje hoření. Při určité koncentraci CO 2 ve vzduchu dochází k zhasnutí hořící svíčky prostřednictvím zabránění přístupu vzduchu ke knotu svíček. Toho se využívá v sněhových hasících přístrojích, kde je CO 2 používán. Kyselé prostředí způsobuje barevné změny indikátorů, jejichž roztoky před vložením suchého ledu do destilované vody byly zbarvené vlivem neutrálného prostředí. Oxid uhličitý je za normálních podmínek bezbarvý plyn. Při ochlazení na teplotu minus 78˚C dochází k desublimaci, a tedy k přímé přeměně na pevné skupenství, tzv. suchý led. Naopak pevný oxid uhličitý sublimuje již za laboratorní teploty a o to více v horké vodě. CO 2 se snadno rozpouští ve vodě ( 1,45 kg.m -3 za standardních podmínek) a zčásti (0,003% všech molekul) reaguje s vodou za vzniku slabé kyseliny uhličité: Rovnice: CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Zajímavosti: Suchý led se vyrábí ze zkapalněného oxidu uhličitého jeho přeměnou (expanze za atmosférického tlaku) do pevného skupenství ve formě „sněhu“ a následným mechanickým lisováním a protlačováním přes kovovou formu s otvory požadovaných rozměrů. Tímto postupem se vytvářejí slisované válečky zpravidla o průměru 1,7 nebo 3 mm a délky do 8 mm, tzv. pelety. Výrobní zařízení se – dle finálního výrobku – nazývá peletizér. Z fyzikálních vlastností pelet je třeba zmínit jejich teplotu sublimace (-78,5°C), ke které může snadno docházet vlivem teploty okolí. Proto jsou pelety před použitím uchovávány v tepelně izolovaných kontejnerech a krabicích, kde mohou být bez ztráty vlastností skladovány až 1 týden. Pelety se používají nejen jako chladicí médium, ale také pro šetrné čištění znečištěných povrchů strojírenských zařízení pomocí speciálního tryskacího stroje. Stroje na mlhu používané v zábavním průmyslu mohou posloužit jako další ukázka využití chemie v praktickém životě. Mlhovač obecně obsahuje topné těleso, ke kterému je dopravována nízkotlakou pumpou zmlhovatelná látka. Mlhotvorný roztok se působením teploty odpařuje, a tak mlha či aerosol jsou vytvářeny při dostatečně vysolém tlaku, který umožní jejich přechod úzkou tryskou. Mlha o teplotě 120˚C přechází do okolního prostoru „zhuštěná do hustého proudu“. Komerčně je dostupná celá řada mlhotvorných kapalin a směsí. Nejčastěji se jedná o směsi glycerinu a vody, často spolu s propylenglykolem (propan-1,2-diol) a dalšími příměsmi zkracujícími čas potřebný k prvnímu vypouštění mlhy. Glycerin i propylenglykol (často zvaný jen glykol) jsou používány v potravinářství jako neškodné regulátory vlhkosti. Triethylenglykol [HOCH2CH2(OCH2CH2)2OH] je používán v mlhovačích jiného druhu a také v deodorantech. Starší mlhovací stroje používaly mhlotvorné směsi s uhlovodíky.

Mlha z těchto strojů se tvoří, jakmile se teplý vlhký vzduch ochladí vlivem okolí. Teplý vzduch neobsahuje více vlhkosti než vzduch studený. Podstatná je jen teplota vodní páry, spolu se vzduchem sloužícím pro udržení nebo pro změny teploty vodní páry. Je třeba odlišovat kouře od mlh, které jsou tvořeny částicemi pevných látek, které jsou mnohem menší než rozměry kapiček mlhy. Typické mlhy mohou obsahovat jen 0,005–0,05 g vody v m 3, ačkoli u hustých mlh je odhadován obsah vody až na 1 gram v m 3. Průměr kapiček mlhy se pohybuje od desetin mikrometru až po stovky mikrometrů. Nejmenší částečky (~0,3 μm), jež mají objem 1, cm 3, reprezentuje 1 gram cca částic s celkovým povrchem asi 30 m 2. Lze vyvodit, že jemná mlha tvořená malými kapkami vody snadno a rychle kondenzuje.

Kapičky větší než mikrometr jsou silně ovlivněny gravitací, ale kapičky menší odpovídají částečkám v soustavách koloidní povahy a neusazují se. Právě proto, že se koloidní mlhy neusazují, jsou nejefektivnější v rozprašovačích proti škodlivému hmyzu. Mlha je bílá, neboť rozptyluje všechny vlnové délky viditelného světla, ale neabsorbuje je významně, proto je opticky neprůhledná. Jinými slovy: v mlze je dostatečný počet částic, na nichž se rozptyluje světlo mnohonásobně, tedy není závislost na vlnové délce. Pokud jsou kapičky tvořící mlhu mnohem větší než molekuly, například velikosi okolo 20 μm, rozptylují světlo koherentně a jsou relativně světlé. Světlo je propouštěno (nebo částečně absorbováno) převážnou částí kapaliny, která se jeví jako transparentní. Pokud je velikost částic srovnatelná s vlnovou délkou viditelného světla, je rozptylování světla závislé na vlnové délce, takže částice způsobují zbarvení rozptylovaného nebo propouštěného světla.

Obr. 1

Obr. 2

Obr. 3

Zdroje: Obr. 1, Obr. 2, Obr. 3: archiv autora BARTOŠ I.: Digitalizovaný experiment - prostředek k osvojení vybraného učiva obecné chemie. Disertační práce. Praha: Př UK, [online]. [cit ]. Dostupny na WWW: