Informe numero 2 cambio de fase de hielo seco PDF

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INFORME DEl cambio de fase del hielo seco con sus diferentes fases ademas de esta todo completo sjd e...

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CAMBIO DE FASES CO2 Nelson Beltran1, Nunil Medina2 1. Cód: 117004302, Ing. Agroindustrial. 2. Cód: 117004322, Ing. Agroindustrial. Facultad de ciencias agropecuarias y recursos naturales Programa Ing. Agroindustrial. RESUMEN: Se analizaron mediante una serie de experimentos sencillos, los cambios de fase que sufre el hielo seco, en el primer ensayo se introduce el hielo seco a un vaso de precipitados que contiene agua con colorante y se observa un cambio de estado de solido a gaseoso, seguido el hielo seco es sometido a presión mecánica mediante una cuchara metálica, con la cual al ejercer presión se observa un equilibrio térmico del metal acompañado de un sonido, en el tercer procedimiento se utilizaron dos recipientes uno con agua y el otro con jabón conectados por una manguera se observó, el desplazamiento del gas por esta hacia el recipiente con jabón provocando burbujas, en el cuarto procedimiento se observó las diferencias del comportamiento entre hielo seco y hielo de agua sobre una hoja de papel, finalmente se introdujo hielo seco en una botella plástica con agua y se observo un aumento dentro de la presión dentro del sistema. Palabras claves: Sublimación, dióxido de carbono, Cambio de estado, cambio de fase

 MARCO TEORICO El hielo seco es dióxido de carbono en estado sólido a una temperatura de -78,5°C. Es más conocido comúnmente como hielo seco, debido a que el hielo seco expuesto a una temperatura ambiente este se sublima pasando del estado sólido a su estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. A este proceso de cambio de estado de sólido a gas, que presentan todos los sólidos a presiones situadas por debajo de la de punto triple, se le conoce como sublimación. Para el hielo seco el punto triple está situado a 5,11 atm a –56,6 °C, aunque a presión atmosférica el dióxido de carbono sólido tiene una temperatura de –78,2 °C 195,15 K -108,4 °F. Estos valores también indican que el CO2

puede ser líquido a presiones superiores a 5,11 atm. En el aire, este gas que no es tóxico ni corrosivo, pero sí asfixiante, se encuentra en un porcentaje próximo al 0,03%, y además forma parte de los minerales, de las aguas de manantiales y del gas de los volcanes. Su exceso en la atmósfera origina el sobrecalentamiento de la misma debido a la absorción de radiación IR procedente de la Tierra en lo que se conoce como efecto invernadero intensificado. No se tiene constancia de que la nieve carbónica exista de forma natural en la Tierra, sin embargo, parece ser que se encuentra presente en el núcleo de los cometas, así como en los casquetes polares de Marte. El hielo seco aprovecha el

conocido efecto Joule-Thompson mediante compresiones y expansiones bruscas del gas. Primero se licua el gas sometiéndolo a una presión aproximadamente de 64 kg/cm2 mediante compresores que actúan en tres fases y luego se introduce en condensadores refrigerados con agua; a continuación, se deja que el líquido se expansione a presión atmosférica, con lo que su temperatura desciende por debajo del punto triple. El resultado es la formación de la nieve carbónica, que una vez extraída de la cámara de expansión se comprime mecánicamente para formar bloques de forma cilíndrica, el producto así obtenido se aplica en múltiples procesos, por ejemplo: Refrigeración: como es sabido, la refrigeración impide o retrasa el desarrollo de bacterias y mohos, además impide algunas reacciones químicas no deseadas que pueden tener lugar a temperatura ambiente, tiene por objeto enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias perecederas, pieles, productos farmacéuticos, etc. El hielo seco presenta un mayor poder de refrigeración que el hielo de agua; así, medio kilogramo de CO2 sólido a presión atmosférica produce un efecto refrigerante de unas 7000 calorías.

superficiales (para las que se requieren temperaturas de –20 ºC), tales como las verrugas o la queratosis solar, aunque no son tan eficaces como el nitrógeno líquido para destruir los cánceres cutáneos. Producción de lluvia artificial: Es interesante la utilización del CO2 sólido para eliminar las nubes sobre los aeródromos. Las nubes están compuestas de diminutas gotas de agua sobre enfriada, un estado metaestable cuya perturbación puede conducir a la precipitación de lluvia o nieve. Esto se logra dispersando sobre las nubes CO2 sólido desmenuzado en forma de pequeñas partículas. Cada granito de CO2 al atravesar la nube provoca la cristalización de las gotas vecinas, creando un número enorme de copos de nieve germinales. Como la presión del vapor de agua sobre estos copos es menor que sobre el agua sobre enfriada, crecen y precipitan.

 DIAGRAMAS DE FLUJO AGUA – COLORANTE

Extintores de incendios: En estos aparatos se almacena el gas en forma líquida a presión elevada, al descargarse se solidifica parcialmente formando copos blancos, por lo que estos extintores se llaman de nieve carbónica. Apaga principalmente por sofocación, desplazando el oxígeno del aire y produciendo a la vez un enfriamiento. Se emplea para apagar fuegos sólidos y líquidos (clases A y B). El CO2 no mantiene la combustión de los combustibles habituales (derivados del carbono). Criocirugía: La nieve carbónica puede producir temperaturas adecuadas para el tratamiento de lesiones cutáneas benignas y

HIELO SECO – CUCHARA

HIELO SECO VS HIELO AGUA

RESULTADOS

BURBUJAS DE CO2

AGUA -COLORANTE: se logró observar un

desprendimiento de CO2 el cual produjo un cierto burbujeo, como el agua se encuentra a una temperatura de 50 °C al introducir el trozo de hielo seco lo primero que ocurre es un choque térmico por lo que existe un cambio brusco en la temperatura, permitiendo que alcance más rápido el calor latente de ebullición del hielo seco, es decir un proceso de sublimación del CO2 fue exponencial por el cambio de temperatura. algo que también se pudo observar es la diferencia de densidades entre el CO2 y el aire del ambiente, el vapor del CO2 por ser más denso sé que el aire al ebullir este no se eleva si no que cae a la superficie. Figura 1: agua – colorante

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 este se expande dentro de las burbujas, esta capa se vuelve grande cuando el gas trata de escapar. Al romperse las burbujas solo logra salir el gas que se

encuentra atrapado dentro de las burbujas sin dejar rastros de agua.

Figura 2: burbujas de CO2

HIELO SECO – CUCHARA Al presionar el hielo seco con la cuchara la sublimación se acelera, el gas que se libera hace presión contra la cuchara al mismo tiempo que se aplica una presión para empujar el hielo seco con la cuchara, las oscilaciones en la presión ocurren muy rápido produciendo asi ondas sonoras. Este fenómeno ocurre gracias a que el metal que compone la cuchara tiene alta conductividad térmica. Figura 3: hielo seco – cuchara

HIELO SECO VS HIELO AGUA Lo primero que se pudo observar en el hielo de agua es que esta al cambiar de fase pasa de su estado solida a su estado líquido a diferencia del CO2 solido que al hacer contacto con la temperatura ambiente se sublima y pasa a su estado gaseo sin pasar por su estado líquido algo que se debe tener en cuenta para explicar este fenómeno es las interacciones intramoleculares del agua y del

CO2 en el caso del agua tiene unas cualidades especiales como lo son los puentes de hidrogeno los cuales le dan propiedades de tener un punto de ebullición alto a una temperatura de 100°C a 1atm de presión. A diferencia del dióxido de carbono lo cual es una molécula lineal, por lo que su momento dipolar es 0, es decir que es una molécula no polar por ende sus interacciones intermoleculares son muy débiles siendo una interacción dipolo inducido – dipolo inducido al ser tan débiles estas interacciones brindan la propiedad de un punto de ebullición a -78°C a 1atm de presión por lo que este a temperatura ambiente nunca va a pasar a su estado líquido.

introdujo un cierta cantidad de agua con un trozo de hielo seco, a continuación se le coloco la tapa, se agito por unos 45 segundos, luego se dejó en el suelo y al transcurrir un minuto y medio, la botella estallo este fenómeno se da por que el hielo químico al hacer contacto con el agua se sublima más rápido haciendo que el gas se expanda dentro de la botella; este vapor de CO2 se expande dentro de la botella, e ¿Cómo se manipula el hielo seco ejerciendo una presión dentro de la misma, al no tener un orificio por donde salir la presión lleva al máximo la tensión de la botella provocando que esta estalle.

Otra cosa que se pudo observar al deslizar el hielo seco y el hielo de agua sobre el mesón, se observo que el hielo seco no tiene una fuerza de fricción sobre el mesón a diferencia del hielo de agua que si posee fricción al deslizarlo y eso se debe a que el hielo de agua cuando se derrite deja rastros de agua liquida lo cual crea una fuerza de fricción cinemática que se opone al movimiento del hielo de agua sobre la mesa. Por eso se pudo apreciar que el hielo seco se desliza con mayor facilidad sobre la mesa. Figura 5: botella plástica con hielo seco.

 CUESTIONARIO ¿Cómo se manipula el hielo seco?

Figura 4: hielo seco vs hielo agua

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No toque directamente el hielo seco. Utilice siempre guantes protectores.

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Si realiza proyecciones o actividades de limpieza, proteja sus ojos (con gafas o pantalla facial). Si el hielo seco se utiliza con alimentos o bebidas, debe dejarse

BOTELLA CON HIELO SECO En esta última parte de la práctica se utilizo una botella plástica de 600 ml en la cual se

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que el CO2 se evapore completamente antes de ingerirlos. No utilice ni almacene hielo seco en lugares cerrados ni donde duerman personas. No transporte hielo seco en la misma cabina del vehículo en la que viajan personas. Tampoco deje hielo seco en un vehículo durante un largo período de tiempo. No almacene el hielo seco en contenedores herméticos. Estos podrían explotar cuando el hielo seco se convierta en CO2 en estado gas. Es especialmente importante que el personal que manipule o utilice hielo seco está formado para realizar dicha actividad, y conozca los riesgos y las precauciones que deben tomarse.

 ¿Cuál es la diferencia entre fase y estado de la materia? La materia es cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio. Los estados de la materia son la forma física que toman las fases de la materia. Aunque el estado y la fase no significan exactamente lo mismo, a menudo escuchará los dos términos usados indistintamente. Los estados de la materia. Los estados de la materia son sólidos, líquidos, gases y plasma. En condiciones extremas, existen otros estados, como los condensados de Bose-Einstein y la materia degenerada por neutrones. El estado es la forma que adopta la materia a una temperatura y presión determinadas. Fases de la materia.

 ¿Para qué se utiliza el hielo seco? Puesto que es dióxido de carbono, también se puede utilizar para fijar metal, para eliminar baldosas del suelo y para eliminar las verrugas. También se puede encontrar en herramientas tales como extintores de incendios. Uno de los principales usos del hielo seco es para conservar los alimentos perecederos.

 ¿Cómo se fabrica el hielo seco? El hielo seco se elabora permitiendo que el CO2 líquido (LCO2) presurizado se expanda en la atmósfera natural. Esto provoca que el LCO2 se expanda tanto en vapor de gas como en nieve sólida. La nieve se puede comprimir para formar bloques, o bien comprimir y extruir para formar pelets o nuggets. El equipo necesario para fabricar el hielo seco incluye un depósito de CO2 líquido y un peletizador o sistema de creación de bloques.

Una fase de la materia es uniforme con respecto a sus propiedades físicas y químicas. La materia pasa por transiciones de fase para cambiar de una fase a otra. Las fases primarias de la materia son sólidos, líquidos, gases y plasma.

CONCLUSIONES Se analizó el cambio de fases del hielo seco (solido-gas), comprendiendo los fundamentos de este cambio de fases. Se determinó mediante diferentes experimentos las diferencias entre los cambios de estado del agua y el CO2. Se comprendió la diferencia entre estados de la materia y cambios de fase mediante la experimentación del laboratorio con hielo seco. BIBLIOGRAFÍA

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