Robert Levis a déversé des morceaux d'une substance blanchâtre dans un bécher d'eau, et aussitôt le liquide se mit à mousser et à bouillonner comme une potion de sorcier, crachant des panaches de brouillard sur la table de son bureau à Temple University.

"On dirait que l'eau bout, " dit Lévis, un professeur de chimie.

Tout le contraire. Le brouillard n'était pas de la vapeur, mais des gouttelettes d'eau qui avaient gelé — grâce à un souffle de froid sous zéro de la substance blanchâtre :la neige carbonique.

Anciennement connu sous le nom de dioxyde de carbone solide, la glace sèche tire son surnom d'une propriété chimique qui est assez décrite comme sublime. il ne fond pas, mais sublime - en passant directement du solide au gaz, sans liquide salissant impliqué. Et parce que la forme solide a une température négative de 109 degrés Fahrenheit, il refroidit tout à proximité comme un champion.

Comme les vaccins. Comme nous l'entendons depuis des mois, les injections COVID-19 réalisées par Pfizer Inc. et BioNTech SE nécessitent une attention particulière à la "chaîne du froid" - en maintenant les flacons à des températures ultra-basses lors du trajet de l'usine à la clinique afin que le produit à base d'ARN ne se dégrade pas. Les températures de congélation normales sont correctes pendant deux semaines avant utilisation, mais pour le stockage et le transport à long terme, la plage requise est comprise entre -112 et -76 degrés :un ajustement parfait pour la neige carbonique.

Lévis a récemment illustré les propriétés cool du matériau avec une série de démonstrations. Il y avait des ballons qui éclataient. Colorant alimentaire. Un pistolet jouet qui a tiré des bulles de savon !

Son vrai travail implique des recherches sur des sujets aussi pointus que l'utilisation de lasers pour mesurer les "marqueurs" chimiques des lésions cérébrales, mais qui a dit que les universitaires ne pouvaient pas s'amuser un peu ? Lévi's, qui donne également des conférences sur la chimie de l'élaboration du vin, est un grand partisan de l'utilisation des phénomènes quotidiens comme outils d'enseignement.

Et de la glace sèche, utilisé à des fins aussi variées que la fabrication de crème glacée, faire sauter des graffitis sur les murs, et créer du "brouillard" pour les effets spéciaux, est à peu près aussi quotidien que possible.

Pourquoi c'est sec

Tout simplement, les molécules de dioxyde de carbone ne s'accrochent pas bien les unes aux autres.

Pour comprendre pourquoi, commençons par l'eau. Les molécules d'eau sont "polaires, " c'est-à-dire qu'ils sont légèrement positifs d'un côté (les atomes d'hydrogène dans H2O) et légèrement négatifs de l'autre (l'oxygène). Les opposés s'attirent, donc les molécules collent assez bien ensemble. C'est pourquoi les molécules d'eau ont tendance à se regrouper en petites billes sur un verre à boire ou un pare-brise de voiture, un processus appelé cohésion.

Mais les molécules de dioxyde de carbone (CO 2 ) ont un atome d'oxygène (la partie négative) aux deux extrémités, avec du carbone au milieu. Aucune attraction entre l'extrémité d'une molécule et la suivante. Le résultat :il n'en faut pas beaucoup pour que les molécules de dioxyde de carbone se séparent les unes des autres. Une fois que vous dépassez les 109 degrés négatifs, ouf ! Les molécules se séparent dans la phase gazeuse, sans pause sous forme liquide.

À température ambiante, ça arrive dans l'urgence.

Démontrer, Lévis a placé des morceaux de glace carbonique dans une bouteille en plastique et a attaché un ballon au-dessus. Il a ensuite fait de même pour une autre bouteille avec des cubes de ce qu'il a appelé "glace à l'eau", c'est-à-dire, eau gelée, pas le régal d'été de Philadelphie. (Remarque à ceux qui pourraient essayer par eux-mêmes :portez des gants de protection pour manipuler la neige carbonique, et faites-le dans un endroit aéré.)

Presque immédiatement, le ballon sur la bouteille de neige carbonique a commencé à gonfler, que les morceaux solides sublimés en dioxyde de carbone gazeux. En quelques minutes, claquer! Plus de ballon.

« Ha ha ! » gloussa-t-il. "La peine d'attendre."

Pourtant dans l'autre bouteille, la glace ordinaire a simplement fondu en eau. De petites quantités s'évaporaient, mais pas assez pour voir un impact. Le ballon est resté mou.

Comment c'est fait

Qu'une substance soit solide, liquide, ou le gaz dépend de plus que la température. Un autre facteur est la pression. Si la pression est suffisamment élevée, même le dioxyde de carbone peut être comprimé d'un gaz à sa phase liquide.

En réalité, c'est ainsi que se fabrique la glace sèche, dit Rich Gottwald, président de l'Association des gaz comprimés, un groupe commercial de l'industrie. (Parmi ses membres se trouve Airgas, basé à Radnor, l'un des principaux producteurs américains de glace carbonique.)

D'abord, Le dioxyde de carbone est capturé en tant que sous-produit de divers processus industriels tels que la fabrication d'éthanol. Il est ensuite comprimé en un liquide à l'intérieur d'un réservoir métallique. Lorsqu'un type spécial de soupape de décharge est ouvert, la chute de pression soudaine permet au liquide de s'échapper rapidement sous forme de gaz. La température chute en conséquence, à tel point que le gaz gèle immédiatement en flocons blancs :glace carbonique.

Le même principe est utilisé en climatisation et en réfrigération, au fur et à mesure que le fluide de refroidissement est comprimé puis laissé se dilater sous forme gazeuse, encore et encore dans un cycle. Mais d'autres substances sont utilisées à cette fin, pas de dioxyde de carbone. Il n'y a pas de phase "glace", juste du liquide et du gaz. Au fur et à mesure que les étudiants en chimie apprennent, chaque substance se comporte différemment en réponse à diverses combinaisons de température et de pression.

Les membres du groupement commercial du gaz comprimé en produisent 35, 000 tonnes de dioxyde de carbone chaque jour aux États-Unis et au Canada, dont 16% est transformé en glace carbonique, dit Gottwald. Pour répondre à la demande supplémentaire d'expédition des vaccins, les entreprises ont augmenté la production de glace carbonique d'environ 5 %, ce qui représente moins de 1 % de la production totale de dioxyde de carbone. Aucune pénurie n'a été signalée.

Chose lourde

Fait amusant final. Cela n'a rien à voir avec son utilité pour l'expédition de vaccins, mais le dioxyde de carbone est plus dense que l'air. Démontrer, Lévis a placé des morceaux de glace carbonique dans un bac en plastique et lui a permis de commencer à se sublimer en une couche de gaz invisible.

Il a ensuite utilisé un pistolet-jouet pour projeter des bulles de savon sur le dessus. Les bulles étaient remplies d'air, et aurait normalement coulé au sol en raison du poids de la fine pellicule de savon. Mais dans la démo du chimiste, les bulles remplies d'air sont restées en l'air, flottant au-dessus de la couche de dioxyde de carbone plus dense en dessous.

"C'est comme un ballon d'hélium, " il a dit.

Le dioxyde de carbone est également un gaz à effet de serre, ce qui signifie qu'il joue un rôle dans le changement climatique, mais c'est un sujet pour un autre jour. Et la glace sèche ne contribue pas vraiment au problème, puisqu'il est fabriqué à partir de CO 2 qui est produit de toute façon.

Revenons au sujet du moment :conserver les vaccins au froid. Quelques autres substances pourraient faire le travail, comme l'azote liquide. Mais ce serait exagéré, car sa température est négative de 320 degrés.

Vous pouvez également refroidir suffisamment la glace ordinaire pour garder les vaccins au frais. Mais ce serait moins efficace que d'utiliser simplement de la glace sèche elle-même, dit Lévis, qui est doyen associé principal du Temple's College of Science and Technology. Outre, quand la glace ordinaire fond, le résultat (surprise !) est l'eau. Les étiquettes des vaccins se décolleraient.

Alors que vous naviguez dans le processus fastidieux pour vous inscrire à la vaccination, il est logique de se détendre à au moins un égard. La glace sèche est sur le cas.

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