Сухой лед — твёрдый углекислый газ¶

Сухой лед — твёрдая форма углекислого газа (CO₂), получаемая сжижением газа под давлением с последующим охлаждением и расширением. В отличие от обычного водяного льда, сухой лед при нормальных условиях не плавится, а возгоняется — непосредственно переходит из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Температура сублимации сухого льда составляет −78,5 °C при атмосферном давлении.

¶Физические свойства

Сухой лед представляет собой белое кристаллическое вещество, часто в форме прессованных гранул или блоков. Его плотность при нормальных условиях колеблется в пределах 1500–1600 кг/м³, что примерно вдвое меньше плотности водяного льда. При контакте с тёплой поверхностью или в обычной атмосфере сухой лед интенсивно сублимирует, образуя характерный густой белый туман — на самом деле это не сам CO₂ (он бесцветен), а конденсированная влага окружающего воздуха, охлаждённая до точки росы.

При атмосферном давлении сухой лед не существует в жидкой фазе: переход в жидкость возможен только при давлении выше 5,18 атм (точка тройной точки CO₂). Если сухой лед нагревать в закрытом сосуде, давление внутри нарастает, и вещество может перейти в жидкое состояние.

¶Получение

Промышленный способ получения сухого льда основан на том, что при сжижении углекислого газа под давлением около 20–30 атм и последующем быстром расширении жидкости часть её испаряется, охлаждая остаток до твёрдого состояния. Полученную крошку прессуют в блоки или гранулы. Технология была впервые освоена в начале XX века; в 1925 году американский предприниматель Х. Р. Харди получил патент на промышленный способ производства сухого льда.

¶Хранение и обращение

Сухой лед хранят в термоизолированных ёмкостях из материалов с низкой теплопроводностью — пенополистирола, специальных ящиков с двойными стенками и т. п. При правильной изоляции потери вещества составляют около 5–10 % массы в сутки. При хранении в закрытых ёмкостях необходимо учитывать накопление газообразного CO₂, который вытесняет воздух и может привести к удушью в непроветриваемых помещениях. Работать с сухим льдом следует в перчатках — прикосновение к нему вызывает обморожение кожи.

¶Применение

¶Холодильный агент

Основное применение сухого льда — как хладагент для перевозки скоропортящихся продуктов, фармацевтических препаратов и биологических материалов. Он поддерживает температуру около −78 °C без необходимости в электропитании, что удобно для доставки на дальние расстояния. В России сухой лед широко используется для транспортировки морепродуктов, мяса, кондитерских изделий.

¶Медицина

В медицинской практике сухой лед применяется для криотерапии — замораживания патологических тканей (бородавок, папиллом, некоторых новообразований). Также он используется для консервации биологических образцов, включая клетки, ткани и компоненты крови.

¶Промышленность и техническое обслуживание

Сухой лед применяется в технологии сухой ледоструйной очистки (пескоструйной замене): поток гранул сухого льда под давлением удаляет загрязнения, краску, ржавчину с поверхностей без абразивного повреждения основы и без образования вторичных отходов. Метод используется в автосервисе, судостроении, реставрации зданий.

¶Развлекательная индустрия

При попадании в тёплую воду сухой лед образует плотный белый туман, что делает его популярным в сценических постановках, кинопроизводстве и на праздниках. Туман, в отличие от дымовых эффектов, не раздражает дыхательные пути и не оставляет осадка.

¶Научные исследования

В лабораториях сухой лед служит простым и дешёвым хладагентом для охлаждения реакционных смесей до −78 °C. Смесь сухого льда с ацетоном или изопропанолом (так называемая «сухая баня») позволяет точно поддерживать заданную температуру в широком диапазоне.

¶Меры безопасности

Основные риски при работе с сухим льдом:

• обморожение кожи при прямом контакте;
• удушье в закрытых помещениях из-за накопления CO₂, который тяжелее воздуха и скапливается у пола;
• повышение давления в герметичных ёмкостях при нагреве, вплоть до разрушения тары.

В России производство и обращение с углекислотой регулируются техническими регламентами; сухой лед не относится к категории опасных грузов при соблюдении условий вентиляции.

Источники:

• ГОСТ 8.505-84. Государственная система обеспечения единства измерений. Хладагенты и фреоны. Номенклатура показателей
• Фрумкин А. Н. Жидкости и их интерфейсы. — М.: Наука, 1994
• Ходасов В. Ф., Левин Б. В. Углекислота. Свойства, производство, применение. — М.: Химия, 1983
• Данные NIST Chemistry WebBook: термодинамические свойства диоксида углерода