Robert Levis vertió trozos de una sustancia blanquecina en un vaso de precipitados de agua, e inmediatamente el líquido comenzó a espumar y batir como una poción de hechicero, arrojando columnas de niebla a través de la mesa de su oficina en la Universidad de Temple.
"Parece que el agua está hirviendo, "dijo Levis, un profesor de química.
Todo lo contrario. La niebla no era vapor pero gotas de agua que se habían congelado, gracias a una ráfaga de frío bajo cero de la sustancia blanquecina:hielo seco.
Formalmente conocido como dióxido de carbono sólido, El hielo seco recibe su apodo de una propiedad química que se describe con bastante razón como sublime. No se derrite, pero sublima, pasando directamente de sólido a gas, sin líquido sucio involucrado. Y debido a que la forma sólida tiene una temperatura de 109 grados Fahrenheit negativos, enfría todo lo que hay cerca como un campeón.
Como vacunas. Como hemos estado escuchando durante meses, Las inyecciones de COVID-19 realizadas por Pfizer Inc. y BioNTech SE requieren especial atención a la "cadena de frío":mantener los viales a temperaturas ultrabajas durante el viaje de la fábrica a la clínica para que el producto a base de ARN no se degrade. Las temperaturas normales del congelador están bien durante dos semanas antes de su uso, pero para almacenamiento y transporte a largo plazo, el rango requerido está entre -112 y -76 grados:un ajuste perfecto para hielo seco.
Levis ilustró recientemente las geniales propiedades del material con una serie de demostraciones. Hubo globos estallando. Colorante alimenticio. ¡Una pistola de juguete que lanzaba pompas de jabón!
Su verdadero trabajo consiste en investigar temas de vanguardia como el uso de láseres para medir los "marcadores" químicos de las lesiones cerebrales, pero, ¿quién dice que los universitarios no pueden divertirse un poco? Levis, quien también da conferencias sobre la química de la elaboración del vino, es un gran defensor del uso de los fenómenos cotidianos como herramientas de enseñanza.
Y hielo seco utilizado para fines tan variados como hacer helados, voladura de graffiti en las paredes, y creando "niebla" para efectos especiales, es lo más cotidiano posible.
Por que esta seco
Simplemente pon, las moléculas de dióxido de carbono no se adhieren bien entre sí.
Para entender por qué empecemos por el agua. Las moléculas de agua son "polares, "lo que significa que son ligeramente positivos en un extremo (los átomos de hidrógeno en H2O) y ligeramente negativos en el otro (el oxígeno). Los opuestos se atraen, por lo que las moléculas se adhieren bastante bien. Esta es la razón por la que las moléculas de agua tienden a agruparse en pequeñas cuentas en un vaso para beber o en el parabrisas de un automóvil. un proceso llamado cohesión.
Pero las moléculas de dióxido de carbono (CO 2 ) tienen un átomo de oxígeno (la parte negativa) en ambos extremos, con carbono en el medio. No hay atracción entre el final de una molécula y la siguiente. El resultado:no se necesita mucho para que las moléculas de dióxido de carbono se separen unas de otras. Una vez que supere los 109 grados negativos, whoosh! Las moléculas se separan en la fase gaseosa, sin detenerse en la forma líquida.
A temperatura ambiente, sucede con prisa.
Demostrar, Levis colocó trozos de hielo seco en una botella de plástico y colocó un globo en la parte superior. Luego hizo lo mismo con otra botella con cubos de lo que llamó "agua helada", es decir, agua congelada, no es el regalo de verano de Filadelfia. (Nota para aquellos que puedan probar esto por su cuenta:use guantes protectores para manipular el hielo seco, y hágalo en un área ventilada.)
Casi inmediatamente, el globo de la botella de hielo seco comenzó a inflarse, a medida que los trozos sólidos se subliman en gas dióxido de carbono. En solo unos minutos ¡estallido! No más globo.
"¡Jaja!" se rió entre dientes. "Vale la pena esperar."
Sin embargo, en la otra botella, el hielo normal simplemente se derritió en agua. Pequeñas cantidades se evaporaban, pero no lo suficiente como para ver algún impacto. El globo permaneció flácido.
Como esta hecho
Si una sustancia es sólida, líquido, o el gas depende de más que la temperatura. Otro factor es la presión. Si la presión es lo suficientemente alta, incluso el dióxido de carbono se puede comprimir de un gas a su fase líquida.
De hecho, así es como se hace el hielo seco, dijo Rich Gottwald, presidente de la Asociación de Gas Comprimido, un grupo comercial de la industria. (Entre sus miembros se encuentra Airgas con sede en Radnor, uno de los principales productores estadounidenses de hielo seco).
Primero, El gas de dióxido de carbono se captura como subproducto de varios procesos industriales, como la producción de etanol. Luego se comprime en un líquido dentro de un tanque de metal. Cuando se abre un tipo especial de válvula de descarga, la caída repentina de presión permite que el líquido se escape rápidamente en forma de gas. La temperatura cae en picado en consecuencia, tanto es así que el gas se congela inmediatamente en copos blancos:hielo seco.
El mismo principio se utiliza en aire acondicionado y refrigeración, a medida que se comprime el líquido refrigerante, se permite que se expanda en forma gaseosa, una y otra vez en un ciclo. Pero otras sustancias se utilizan para ese propósito, no dióxido de carbono. No hay fase de "hielo", solo líquido y gas. A medida que aprenden los estudiantes de química, cada sustancia se comporta de manera diferente en respuesta a diversas combinaciones de temperatura y presión.
Los miembros del grupo comercial de gas comprimido producen 35, 000 toneladas de dióxido de carbono todos los días en los EE. UU. Y Canadá, del cual el 16% se convierte en hielo seco, Dijo Gottwald. Para adaptarse a la demanda adicional de envío de vacunas, Las empresas han aumentado la producción de hielo seco en un 5% estimado, lo que equivale a menos del 1% de la producción total de dióxido de carbono. No se ha informado de escasez.
Material pesado
Dato curioso final. Esto no tiene nada que ver con su utilidad en el envío de vacunas, pero el dióxido de carbono es más denso que el aire. Demostrar, Levis colocó trozos de hielo seco en un recipiente de plástico y permitió que comenzara a sublimarse en una capa invisible de gas.
Luego usó una pistola de juguete para disparar pompas de jabón en la parte superior. Las burbujas se llenaron de aire y normalmente se habría hundido hasta el suelo debido al peso de la fina película de jabón. Pero en la demostración del químico, las burbujas llenas de aire permanecieron en el aire, flotando encima de la capa de dióxido de carbono más denso debajo.
"Es como un globo de helio, " él dijo.
El dióxido de carbono también es un gas de efecto invernadero, lo que significa que juega un papel en el cambio climático, pero ese es un tema para otro día. Y el hielo seco realmente no contribuye al problema, ya que está hecho de CO 2 que se está produciendo de todos modos.
Volviendo al tema del momento:mantener frías las vacunas. Algunas otras sustancias podrían hacer el trabajo, como nitrógeno líquido. Pero eso sería exagerado ya que su temperatura es de 320 grados negativos.
También puede enfriar el hielo normal lo suficiente para mantener frías las vacunas. Pero eso sería menos eficiente que simplemente usar hielo seco, dijo Levis, quien es decano asociado senior de la Facultad de Ciencia y Tecnología de Temple. Además, cuando el hielo regular se derrite, el resultado (¡sorpresa!) es agua. Las etiquetas de las vacunas se desprenderían.
Entonces, mientras navega por el engorroso proceso para inscribirse en la vacunación, tiene sentido relajarse al menos en un aspecto. El hielo seco está en el estuche.
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