Shanti Hesse/Shutterstock
Ajouter de la neige carbonique à une boisson est une astuce classique d’Halloween qui crée un effet « chaudron » spectaculaire et bouillonnant. Au-delà du spectacle visuel, l'expérience démontre les principes clés de la physique, à savoir la sublimation et la condensation, ce qui en fait une démonstration appréciée aussi bien dans les salles de classe que dans les centres scientifiques.
La neige carbonique est la forme solide du dioxyde de carbone (CO₂). Bien que le CO₂ soit un gaz dans les conditions ambiantes, il peut être comprimé et refroidi jusqu'à ce qu'il se solidifie. Contrairement à la glace ordinaire, la neige carbonique ne passe jamais par une phase liquide; lorsqu'il « fond », il se transforme directement en gaz CO₂.
La sublimation est la transition directe du solide au gaz. Lorsque la neige carbonique est exposée à la pression atmosphérique, la chaleur absorbée de son environnement (souvent celle d'un liquide comme l'eau) provoque la libération des molécules de CO₂ du réseau solide et leur entrée dans la phase gazeuse. Le dioxyde de carbone qui en résulte est extrêmement froid, généralement autour de -78°C (-109°F).
La capacité thermique spécifique élevée de l’eau en fait un excellent moyen de transfert de chaleur à la neige carbonique. Bien que n'importe quel liquide puisse remplir le même objectif, la capacité de l'eau à absorber et à retenir la chaleur assure un taux de sublimation constant, produisant la brume continue qui caractérise l'effet classique du « breuvage de sorcière ».
À mesure que le gaz CO₂ froid monte, l’air ambiant autour de la surface bouillonnante se refroidit. Lorsque la température descend en dessous du point de rosée, la vapeur d’eau présente dans l’air se condense en gouttelettes microscopiques. Ces gouttelettes diffusent la lumière, créant le nuage blanc et dense qui s'élève du vaisseau :une démonstration sur place de la condensation atmosphérique.
Les nuages atmosphériques se forment dans des conditions similaires :les températures froides provoquent la condensation de la vapeur d'eau en gouttelettes ou en cristaux de glace, qui s'agrègent ensuite en nuages visibles. Le brouillard produit par la neige carbonique dans l'eau est une version miniature et contrôlable de ce phénomène naturel.
Lorsqu'une comète s'approche du Soleil, la chaleur provoque la sublimation de ses glaces de surface, principalement de la glace d'eau et du CO₂, créant ainsi la coma brillante et la queue allongée que les astronomes observent.
