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EVALUACION DEL CAMBIO DE FASE DE HIELO SECO Manuel Ariza1, Katterin Mora2 1. Cód: 117004250, Ing. Agroindustrial. 2. Cód: 117004324, Ing. Agroindustrial. Facultad de ciencias agropecuarias y recursos naturales Programa Ing. Agroindustrial. RESUMEN: En la práctica, se basa en una serie de experimentos físicos y químicos en los que se pueden observar las propiedades del hielo seco. En los experimentos realizados, el hielo seco se hace reaccionar con el colorante de agua y se observa la formación de gas. El hielo seco se le hace presión con una cuchara que produce un ruido, el hielo seco reaccione con agua y jabón y se observe la formación de burbujas, compare el rendimiento del hielo seco con el del hielo de agua, observe la temperatura del punto triple del hielo seco y determine el aumento de la presión interna causado por el gas en un recipiente cerrado Palabras Claves: Sublimación, CO2, Fases, Punto triple, Estado 1. MARCO TEORICO El hielo seco hace referencia al CO2 en estado sólido, recibe este nombre porque, pese aparecerse 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 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. Fue descubierto por el químico francés Charles Thilorier en 1835. El hielo seco tuvo su primer uso en el mercado casi 100 años más tarde, en 1925, cuando los dispositivos aéreos

Priest con sede en Nueva York utilizaron el compuesto en extintores. Con el paso de los años, la gente empezó a encontrar más usos para el hielo seco. Yaws, Carl (2001). 2. RESULTADO 2.1 HIELO SECO CON AGUA

Fig. 1 Hielo seco con agua a temperatura 70°C

Se observó una sublimación más rápida debido a que el agua está a una temperatura de 70°C que la del hielo. Observando la parte blanca que es el CO2 en su fase gaseosa que caía por los bordes, el gas que sale es totalmente frio.

2.3 FORMACIÓN DE BURBUJA

Se pudo observar la formación de espuma y que no hubo una coloración en ella. 2.2 HIELO SECO-CUCHARA

Fig. 3 Hielo seco con agua y jabón a temperatura 50°C.

Se realizó una capa de jabón con agua para formar la burbuja que capturó el CO2 que se sublimaba en el vaso precipitado con agua a temperatura 50°C esperando hasta que se rompió, liberando el gas. 2.4 HIELO SECO V.S HIELO DE AGUA Fig. 2 Hielo seco con presión hacia abajo

En este procedimiento se observó cómo al presionar la cuchara esta desato un sonido al cual se le llama “canto”, también se observó que a medida que pasaba el tiempo y la cuchara se congelaba Iba sonando cada vez menos esto dado a que la cuchara se enfriaba llegando al mismo punto de congelación del hielo seco.

Fig. 4 Hielo seco vs. hielo de agua

En la fig. 4 Se observa que la lado izquierdo del papel donde está ubicado de hielo seco no existe alguna humedad, mientras que si miramos el lado derechos donde tenemos el hielo se agua se evidencia el papel mojado dado al derretimiento del mismo, también se observó que el hielo seco tiene muy poca

fricción si lo comparamos con el hielo de agua. 2.5 PUNTO TRIPLE

Fig. 5 Botella con hielo seco + agua caliente

Al introducir agua caliente + hielo seco a una botella y sellándola se observó un incremento en la presión al interior de la botella la cual hizo que la botella se expandiera al punto de estallar. En este procedimiento no se tuvo la oportunidad de medir las condiciones al interior de la botella pero teóricamente se llegaría a la síguete gráfica:

Grafica. 1 Diagrama de fases del CO2

3. ANALISIS DE RESULTADOS Para el caso de la fig.1, se le agregó colorante al agua en el vaso de precipitado con el fin de observar si el gas liberado tomaba alguna coloración, la cual no fue posible evidenciar, debido a que el colorante se solubilizó en el agua y por no tratarse de una reacción química el gas no entra en contacto con el agua por lo tanto no importa la coloración que tenga, el gas seguirá siendo de la misma tonalidad. Cuando el gas evaporado visto en la figura 2 es empujado hacia arriba y hacia abajo por la caída de presión, vibrará lo suficientemente rápido como para escuchar un ruido audible esto quiere decir que cuando presiona la cuchara tibia contra el hielo seco, la sublimación se acelera por lo tanto el gas de dióxido de carbono que se libera presiona contra la cuchara al mismo tiempo que aplica presión para empujar la cuchara en el hielo seco y finalmente las oscilaciones de presión ocurren muy rápidamente, produciendo ondas sonoras. La formación de espuma en el jabón como se observa en la fig.3, se debe a que se forma una capa lipídica que atrapa el gas. A diferencia del colorante en agua a jabón se podría tinturar la espuma porque la capa lipídica adquiría el colorante, pero en el agua, no hay una mezcla si no un intercambio de energía que aumenta la velocidad de la sublimación Como se muestra en la figura 4 el hielo seco se sublima (pasa del estado sólido al gaseoso sin dejar humedad porque no posee ninguna molécula de agua) debido a su característica de alta capacidad de congelamiento a 78,5ºC, por lo que es muy susceptible a la presión atmosférica y temperatura ambiente,

si lo comparamos con el hielo de agua en cual es también es sensible a los cambios de temperatura de la Tierra pero el tiempo que dura en su estado sólido es más prolongado a temperatura ambiente sin embargo si el hielo recibe energía (calor) suficiente, lo absorbe y cambia su fase de hielo a agua mediante el proceso de fusión, estos dos difieren en que el hielo seco en realidad está compuesto de dióxido de carbono (CO2) mientras que el hielo de agua es agua sólida, por lo tanto, es fundamental el mencionar que el hielo seco no contiene agua, en realidad este hielo es CO₂ congelado y es por ello que pasa de manera directa del estado sólido al líquido.

5. BIBLIOGRAFIA

Para la figura 5 se debe resaltar que a la vista del diagrama de fases para el caso del CO2 (grafica 1), puede verse que este no puede transformarse en líquido a presión atmosférica, ya que sublima sin pasar por líquido. Ello es fácilmente verificable siguiendo la línea horizontal correspondiente a 1 atmósfera; a –78 °C esta horizontal atraviesa la línea de equilibrio sólido-vapor y el CO2 sublima, es decir pasa directamente de sólido a gas, dado a esta característica se evidencia que la botella llega a un punto donde e aumento de presión dentro de la botella es tanta que la botella no lo soporta y estalla.

1. ¿La sublimación del hielo seco es un proceso endotérmico o exotérmico?

4. CONCLUSIONES 

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El hielo seco tiene mayor resistencia a la temperatura del ambiente que el hielo de agua. El hielo seco al tratarse de un gas (CO2) y para este caso estaba en altas concentraciones, no tiende a irse hacia arriba sino hacia abajo por ser más pesado que el aire y se dispersa sin dejar residuos.

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Yaws, Carl (2001). Matheson gas data book (7th edición). McGraw-Hill Professional. p. 982. ISBN 978- 0-07135854-5. Häring, Heinz-Wolfgang (2008). Industrial Gases Processing. Christine Ahner. WileyVCH. ISBN 978-3- 527-31685-4. Castellan, G. W. (1998). Fisicoquímica. Pearson Educación. Fennema, O. R. (2000). Agua y hielo. Química de los alimentos. 2nd. Zaragoza, España: Acribia, SA p, 19-109.

6. CUESTIONARIO

Es endotérmico junto con fusión y vaporización. El cambio de fase es de sólido a gaseoso, por lo que puede pensar que cualquier fase que cambie es endo como una forma de recordar. 2. ¿A qué se debe el color del hielo seco y del vapor producido? ¿A que le recuerda? El proceso inicia cuando el CO2 se deja escapar en una bolsa porosa donde se congela. Luego, este se recoge y se comprime en cubos mediante máquinas. El hielo seco comienza después a sublimarse cuando se expone a temperaturas más cálidas. 3. ¿Porque el hielo de agua humedece el papel el hielo seco no? La estructura del hielo, forma un retículo que ocupa más espacio y es menos denso que el agua líquida. Por eso el hielo es menos denso que el agua y flota sobre ella, pesé a parecerse al hielo normal o a la nieve por su aspecto y temperatura, cuando se sublima no

deja residuo de humedad porque su base no es agua y su estado natural es gaseoso. 4. ¿A qué se debe el ruido producido por la cuchara y el hielo seco? Cuando presiona la cuchara tibia contra el hielo seco, la sublimación se acelera. El gas de dióxido de carbono que se libera presiona contra la cuchara al mismo tiempo que aplica presión para empujar la cuchara en el hielo seco. Las oscilaciones de presión ocurren muy rápidamente, produciendo ondas sonoras.