Perché la CO2 che esce dall'estintore esce sotto forma di solido e poi passa allo stato gassoso?
Perché la CO2 che esce dall'estintore esce sotto forma di solido e poi passa allo stato gassoso?
Come si spiega con la legge dei gas perfetti?
Ho letto qualcosa ma ho le idee confuse.
Come si spiega con la legge dei gas perfetti?
Ho letto qualcosa ma ho le idee confuse.
Risposte
Più che altro direi che c'entrano le caratteristiche di passaggio di stato dell'elemento, ovvero in questo caso la CO2.
Gli estintori a CO2 sono dotati di una bombola d’acciaio che permette di mantenere all’interno del serbatoio elevate pressioni (50-60 bar) in modo che la CO2 risulti compressa allo stato liquido.
Una volta premuta la leva, viene aspirata aria dall’interno e il liquido che ne fuoriesce, a causa della repentina variazione delle condizioni di stato, si raffredda fino a -78 gradi e diviene una semplice neve carbonica (CO2 trasformatasi in stato solido ovvero ghiaccio secco) in grado di domare l’incendio sia per azione di raffreddamento e sia per soffocamento.
La neve carbonica dopo pochissimo tempo, sublima, trasformandosi in stato gassoso, in quanto a pressione atmosferica e normali temperature la CO2 può trovarsi in forma stabile solo allo stato gassoso.
Per maggiori approfondimenti
https://it.wikipedia.org/wiki/Estintore
https://www.italiaestintori.it/blog-it/ ... o-320.html
Inoltre per capire come la pressione influenzi lo stato della materia può essere interessante vedere questo esperimento sull'acqua:
https://www.youtube.com/watch?v=GjA382cDuaw
Gli estintori a CO2 sono dotati di una bombola d’acciaio che permette di mantenere all’interno del serbatoio elevate pressioni (50-60 bar) in modo che la CO2 risulti compressa allo stato liquido.
Una volta premuta la leva, viene aspirata aria dall’interno e il liquido che ne fuoriesce, a causa della repentina variazione delle condizioni di stato, si raffredda fino a -78 gradi e diviene una semplice neve carbonica (CO2 trasformatasi in stato solido ovvero ghiaccio secco) in grado di domare l’incendio sia per azione di raffreddamento e sia per soffocamento.
La neve carbonica dopo pochissimo tempo, sublima, trasformandosi in stato gassoso, in quanto a pressione atmosferica e normali temperature la CO2 può trovarsi in forma stabile solo allo stato gassoso.
Per maggiori approfondimenti
https://it.wikipedia.org/wiki/Estintore
https://www.italiaestintori.it/blog-it/ ... o-320.html
Inoltre per capire come la pressione influenzi lo stato della materia può essere interessante vedere questo esperimento sull'acqua:
https://www.youtube.com/watch?v=GjA382cDuaw
In punto che non riesco a capire è perché la CO2 liquida, uscendo, si raffredda.
PV=nRT
PV/T=nR
Mi aspetto che il volume vari prima della temperatura, in realtà avviene il contrario.
PV=nRT
PV/T=nR
Mi aspetto che il volume vari prima della temperatura, in realtà avviene il contrario.
Non credo che tu possa usare la legge dei gas perfetti, inadatta persino a replicare il fenomeno di passaggio di stato da gas a liquido, per studiare cosa succede ad un liquido che a causa di un calo improvviso della pressione si raffredda e solidifica.
Queste trasformazioni vanno studiate sul diagramma di stato dell'elemento facendo qualche ipotesi sul tipo di trasformazione (es. supponendo che sia una trasformazione isoentalpica).
Queste trasformazioni vanno studiate sul diagramma di stato dell'elemento facendo qualche ipotesi sul tipo di trasformazione (es. supponendo che sia una trasformazione isoentalpica).
Ok, però dal punto di vista fisico è difficile spiegare le ragioni per cui un liquido a forte pressione, soggetto ad una diminuzione di pressione, si trasforma tutto in gas, passando attraverso la fase solida.
Qualitativamente si può capire usando il diagramma di fase riportato in questo sito.
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide_(data_page)
In pratica la prima trasformazione è molto rapida senza assorbimento di calore per cui è possibile rappresentarla come una curva discendente verso sinistra in cui diminuiscono pressione e temperatura e si passa dalla zona liquida alla zona solida (da zona blu a zona rossa). Poi la CO2 comincia ad acquisire calore, ma poichè le condizioni termodinamiche sono minori del punto triplo si avrà una trasformazione a pressione costante diretta verso destra da solido a gas cioè una sublimazione (da zona rossa a zona grigia).
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide_(data_page)
In pratica la prima trasformazione è molto rapida senza assorbimento di calore per cui è possibile rappresentarla come una curva discendente verso sinistra in cui diminuiscono pressione e temperatura e si passa dalla zona liquida alla zona solida (da zona blu a zona rossa). Poi la CO2 comincia ad acquisire calore, ma poichè le condizioni termodinamiche sono minori del punto triplo si avrà una trasformazione a pressione costante diretta verso destra da solido a gas cioè una sublimazione (da zona rossa a zona grigia).
Grazie per la risposta, leggendo il tuo intervento comincio a capire il fenomeno ma continuo a non comprendere le motivazioni affinché esso si sviluppi in quelle modalità.
La temperatura della CO2 all'interno del contenitore è uguale a quella che c'è all'esterno quando l'estintore non è in uso?
Ho capito che diminuiscono pressione e temperatura non appena la CO2 esce dal contenitore ma non capisco il perché. Il diagramma spiega cosa accade ma non spiega il perché. Per quanto riguarda la pressione è semplice da capire (il volume cresce e la pressione diminuisce) ma per la temperatura che quantifica sostanzialmente "l'agitazione delle molecole" rispetto ad un punto no.
E' semplice anche comprendere il passaggio da solido a gas senza passare per la fase liquida. L'energia fornita alle molecole sulla superficie della particella solida è talmente alta che le particelle si "agitano" moltissimo, staccandosi dalle altre e disperdendosi nell'ambiente circostante creando così il gas (sublimazione). Spiegare perché la temperatura scenda mentre la CO2 esce dal contenitore è più complesso, personalmente non lo comprendo.
La temperatura della CO2 all'interno del contenitore è uguale a quella che c'è all'esterno quando l'estintore non è in uso?
Ho capito che diminuiscono pressione e temperatura non appena la CO2 esce dal contenitore ma non capisco il perché. Il diagramma spiega cosa accade ma non spiega il perché. Per quanto riguarda la pressione è semplice da capire (il volume cresce e la pressione diminuisce) ma per la temperatura che quantifica sostanzialmente "l'agitazione delle molecole" rispetto ad un punto no.
E' semplice anche comprendere il passaggio da solido a gas senza passare per la fase liquida. L'energia fornita alle molecole sulla superficie della particella solida è talmente alta che le particelle si "agitano" moltissimo, staccandosi dalle altre e disperdendosi nell'ambiente circostante creando così il gas (sublimazione). Spiegare perché la temperatura scenda mentre la CO2 esce dal contenitore è più complesso, personalmente non lo comprendo.
"feti75":
Spiegare perché la temperatura scenda mentre la CO2 esce dal contenitore è più complesso, personalmente non lo comprendo.
La spiegazione precisa richiederebbe prima di tutto la comprensione del tipo di trasformazione che avviene e poi di poter disporre di tavole termodinamiche del comportamento della CO2 in fase liquida e solida, difficili da reperire. Posso comunque azzardare alcune ipotesi almeno per giustificare il fenomeno.
1) la trasformazione non assorbe calore perchè molto rapida e il liquido-solido non compie lavoro significativo perchè non varia sensibilmente il volume. Quindi la trasformazione può essere considerata approssimativamente isoentalpica.
2) Per una trasformazione isoentalpica si può applicare il coefficiente di Joule Thomson che lega la variazione di temperatura alla variazione di pressione.
https://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Joule-Thomson
Questo effetto tipicamente è applicato ai gas ed è responsabile del raffreddamento (ma anche riscaldamento) del gas in caso di espansione libera (un effetto non previsto dalla legge dei gas perfetti), ma vale anche per i fluidi in generale.
Ora nel caso della CO2 questo coefficiente è positivo e relativamente elevato (circa 1-1.5 K/bar a temperatura ambiente), per cui ad una variazione negativa di pressione di 50 bar corrisponderebbe una variazione negativa di temperatura di circa 50-80 K, il che spiegherebbe qualitativamente il fenomeno.
In sostanza credo che l'essenza del fenomeno sia nell'effetto Joule-Thomson e nella diminuzione dell'energia cinetica delle molecole a fronte di un aumento dell'energia potenziale (vedi nella pagina di Wikipedia il paragrafo relativo al meccanismo fisico).
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