Kuru Buz Nedir? (Hakkında Tüm Bilgiler)

Kuru buz, karbondioksitin katı şeklidir. Çoğunlukla soğutma maddesi olarak kullanılır. Su buzu sıcaklığından daha düşük sıcaklıklarda bulunabilmesi ve herhangi bir kalıntı bırakmaması avantajları arasındadır. Mekanik soğutmanın mümkün olmadığı dondurulmuş gıdaları korumak için kullanılır.

Kuru buz atmosferik basınçta ve 194.65 K (-78.5 ° C; −109.3 ° F) süblimleşir. Çok soğuk olması katı maddede donma nedeniyle oluşan yanıkların da etkisiyle maddenin koruma olmadan işlenmesini tehlikeli kılar. Genellikle çok toksik olmasa da, çıkardığı gaz çevrelenmiş bölgelerde birikerek hiperkapniye (kanda anormal derecede yüksek karbondioksit seviyesi) neden olabilir.

Özellikleri 

Kuru buz, 2 oksijen atomuna bağlı tek bir karbon atomunda oluşan karbondioksitin (CO2) katı şeklidir. Kuru buzlar renksiz, yanıcı olmayan, ekşi bir kokusu olan ve suda çözüldüğünde ortamın pH’ını azaltarak karbonik asit (H2CO3) oluşturabilir. 5.13 atm’nin altındaki basınçlarda ve −56.4 ° C’nin (−69.5 ° F) altındaki sıcaklıklarda (üçlü nokta), CO2 süblimleşme ile form değiştirerek sıvı halde olmayan ve karışmayan bir yakıta dönüşür. Bunun tersi ise gazdan kararlı faza (kuru buz) CO2 geçişidir ve buna çökelme denilir. Atmosfer basıncında süblimleşme/ çökelme, −78.5 ° C (−109.3 ° F) veya 194.65 K’da gerçekleşir.

Kuru buzun yoğunluğu genellikle yaklaşık 1.4 ila 1.6 g / cm3 (87 ve 100 lb / cu ft) arasında değişir. Düşük sıcaklığı ve bir yakıtı doğrudan süblimleştirmesi, kuru buzu güçlü bir soğutma sıvısı yapar. Bunun nedeni, kuru buz su ile yapılan buzdan daha soğuktur ve faz değiştirme  aşamalarında kalıntı bırakmaz. Süblimleşme entalpisi 571 kJ / kg’dır (25,2 kJ / mol). Kuru buz polar değildir, dipol momenti sıfırdır, dolayısıyla moleküller arası van der Waals kuvvetleri etkindir. 

Tarihçesi

Kuru buzun ilk kez 1835 yılında, madde ile ilgili ilk kez yayın çıkaran Fransız mucit Adrien-Jean-Pierre Thilorier (1790-1844) tarafından gözlemlendiği kabul edilir. Deneylerinde, sıvı karbon dioksit içeren büyük bir silindirin kapağını açarken, sıvı karbon dioksitin çoğunun hızla buharlaştığı gözlemledi. Bu kapta sadece katı kuru buz bıraktı. 1924 yılında Thomas B. Slate, ticari olarak kuru buz satmak için ABD patentine başvurdu. Ardından, kuru buzun endüstri de yer edinmesini sağlayan ilk kişi oldu.1925 yılında katı CO2 formu, DryIce Corporation of America tarafından “Kuru buz” olarak tescil edildi ve bu isimle bilinmeye başlandı. Aynı yıl DryIce Co., soğutma amacıyla kullanılmak üzere maddenin ilk ticari satışını gerçekleştirdi.

Üretimi 

Kuru buz, üretimi kolay olan bir maddedir.  Öncelikle yüksek konsantrasyonda karbondioksit içeren gazlar üretilir. Bu gazlar, amonyak, azot,  doğal gaz , petrol rafinerisi faaliyetleri ya da büyük çaplı fermantasyon üretimlerinin bir yan ürünü olabilir.  Yüksek derişimli karbondioksit gazı elde edildikten sonra karbondioksit bakımından zengin gaz, sıvılaşana kadar basınç uygulanır ve soğutulur. Sonrasında basınç düşürülür. Bu sırada, bazı sıvı karbondioksitler buharlaşarak kalan sıvının sıcaklığının hızla düşmesine neden olur. Bunun sonucunda aşırı soğuk nedeniyle sıvı, kar benzeri bir kıvamda katılaşır. Son olarak, kara benzeyen katı karbondioksit küçük peletler veya daha büyük kuru buz blokları halinde sıkıştırılır.  

Kuru buzun üretimi üç standart biçimde gerçekleştirilir; büyük bloklar, silindirik küçük ( 13 veya 16 mm) çaplı peletler ve  ¹ ⁄ ₈ inç (3,2 mm) çapında, yüzey yağı yüksek, su üzerinde yüzen ve yüksek eğrilik yarıçapları nedeniyle cilde yapışmayan peletler. Küçük kuru buz peletleri öncelikle kuru buz püskürtme , hızlı dondurma, yangın söndürme ve  yağları katılaştırma amacıyla kullanılır. Ayrıcaa  kişisel koruyucu ekipman giyerek ortaokul öğrencilerinin deneyler  yapmaları açısından güvenli olduğu belirtilmiştir. 

Yaklaşık 30 kg (66 lb) ağırlığında standart bir bloğun kağıt sargı kaplanmış hali en bilindik kullanım şeklidir. Bunlar nakliye alanında yaygın olarak kullanılır, çünkü yüzey alanının hacme oranının düşük olması nedeniyle nispeten yavaş yavaş sümlimleşirler. Peletler yaklaşık 1 cm (0,4 inç) çapındadır ve kolayca paketlenebilir. Bu form, marketlerde ve laboratuvarlarda küçük ölçekli kullanıma uygundur.  Peletlerin yoğunluğu, blokların yoğunluğunun % 60-70’i civarındadır.

 Kullanım alanları

• Kuru buz en yaygın olarak gıda korunmasında siklik olmayan soğutmalarda kullanılır. Dondurma veya biyolojik numuneler gibi soğuk veya dondurulması gereken maddeleri mekanik soğutma kullanmadan doğrudan paketlemek için kullanılır.
• Kuru buz; flaş dondurma, gıda ya da biyolojik laboratuvar örnekleri, karbonatlı içecek, dondurma yapımı, yağları katılaştırma ve buz heykellerin erimeden durması için kullanılır.
• Kuru buz, oksijenle teması keserek gıdaların tadını ve kalitesini korur. Bu nedenle tahıl ve tahıl ürünlerinin kapalı kaplarındaki böcek aktivitesini durdurmak ve önlemek için de kullanılabilir.
• Kuru buz suyla temas ettiğinde, süblimleşme hızlanır ve sis benzeri yoğun duman bulutları oluşur. Bu, sis makinelerinde , tiyatrolarda , perili ev cazibe merkezlerinde ve gece kulüplerinde dramatik efektler oluşturmak amacıyla kullanılır. Sisin duman gibi yükseldiği çoğu yapay sis makinesinin aksine , sis yere yakın kuru buz oluklarından gelir.   
• Güzellik sektöründe siğilleri dondurmak ve çıkarmak için kullanılır.  Ancak, sıvı azot bu iş için daha uygundur çünkü  kuru buz daha soğuk olduğu için daha az iş gücü ve daha az zaman gerektirir. Bunun yanısıra kuru buz depolamak için daha uygundur çünkü gerektiğinde sıkıştırılmış karbondioksit gazından üretilebilir. 
• Tesisatçılar boru etrafındaki cekette basınçlı CO2  sıvısı kullanırlar. Oluşan kuru buz suyun donmasına neden olur, bir buz tıkacı oluşturur ve su şebekesini kapatmadan onarım yapmalarını sağlar. Bu teknik, çapı 100 mm’ye kadar olan borularda kullanılabilir.
• Kuru buz, karbondioksit çekiciliği nedeniyle sivrisinekleri , tahtakuruları ve diğer böcekleri yakalamak için yem olarak kullanılabilir. 
• Kemirgenleri yok etmek için kuru buz kullanılabilir. Peki nasıl yapılır? Kuru buz kemirgen tünellerine bırakılır ve daha sonra bu girişler kapatılarak kuru buz süblimleşir ve hayvanların boğularak ölmelerine neden olur.
• Küçük kuru buz peletleri, hem yakıtı soğutmak hem de oksijenle teması keserek yangını boğmak suretiyle yangın müdahalesinde kullanılabilir.  
• Kuru buzun aşırı sıcaklığı viskoelastik malzemelerin cam fazına geçmesine neden olabilir. Bu nedenle, birçok basınca dayanıklı yapıştırıcı yapıştırıldığı yerden çıkarılabilir.

 Endüstriyel Kullanımı

• Kuru buz, asfalt, yer karolarını veya araç ses yalıtımı malzemesini gevşetmek için kullanılabilir, bu da borulardaki suyu dondurur onarımı kolaylaştırmak için manivela kullanınılır.
• Kuru buzun en büyük mekanik kullanımlarından biri kumlamadır. Kuru buz peletleri gücünü süblimleşme etkisi ile birleştirerek basınçlı hava ile bir nozuldan vurulur. Bu, endüstriyel ekipmanlardaki kalıntıları temizleyebilir. Çıkarılan malzemelere örnek olarak mürekkep, tutkal, yağ, boya, küf ve kauçuk verilebilir.
• Kuru buz kumlama da kullanılan buhar püskürtme, su püskürtme veya çözücü patlatmanın yerini alabilir. Kuru buz püskürtmenin birincil çevresel kalıntısı, süblimleşmiş CO2’dir. Böylece diğer püskürtme tekniklerinden ayrı olarak kalıntıların arındırıldığı yararlı bir teknik haline gelir. 
• Son zamanlarda, yangınlardan sonra binalarda duman hasarını gidermenin bir yöntemi olarak püskürtme temizliği getirilmiştir. 
• Kuru buz, yanıcı buharların depolama tanklarından gazının giderilmesi için de kullanılabilir. Kuru buz topaklarının boşaltılmış ve havalandırmalı bir tankın içinde süblimleştirilmesi, yanıcı buharları taşıyan CO2 salınımına neden olur. Silindir gömleklerinin büyük motorlarda sökülmesi ve takılması, soğutmak için kuru buz kullanılmasını gerektirir ve böylece astar motor bloğunda serbestçe kayacak şekilde küçültülür. Daha sonra astar ısındığında, genişler ve ortaya çıkan karışım astarın uyumlu olması için onu sıkıca yerinde tutar. Benzer prosedürler, pim, anahtar veya kaynak ihtiyacının yerini alan, yüksek bir mukavemete sahip mekanik montajların imal edilmesinde de kullanılabilir.
• Bazı endüstriyel uygulamalarda, bir tür karbondioksit temizliği olan kuru buz püskürtme kullanılır. Kesme sıvısı olarak da kullanılır.

Bilimsel Kullanımı

• Laboratuvarlarda bir organik çözücü içinde bulunan kuru buz bulamacı, soğuk kimyasal reaksiyonlar ve döner buharlaştırıcılarda çözücüler için kullanılan yoğunlaştırıcı ve yararlı bir karışımdır. Kuru buz ve aseton, örneğin bir Swern oksidasyonunda termal kaçağı önlemek için 78 ° C (−108 ° F; 195 K) soğuk bir banyo oluşturarak kullanılır. 
• Küme çökelmesini önleme işlemi için kuru buz kullanılabilir. ABD’de 1950’lerde ve 1960’ların başında gümüş iyodür ile değiştirilmeden önce deneylerde yaygın olarak kullanılırdı. Kuru buz, nispeten ucuz ve tamamen toksik olmadığı için avantaj sağlar. Ancak dezavantajı da vardır; tohumlanan kümelerin aşırı soğutulmuş bölgesine doğrudan yerleştirilmelidir.

Kuru Buz Bombası

Kuru buz bombası, plastik şişe gibi kapalı bir kapta kuru buz kullanan balon benzeri bir cihazdır. Kuru buzun süblimleşmesini hızlandırmak için genellikle su eklenir. Kuru buz süblimleştikçe, basınç artar ve şişenin patlamasına neden olur, iki litrelik bir şişeyle su roketi yapıldığında oluşacak gürültüyü önlemek için vidalı kapağı bir lastik tıpa ile değiştirmek gerekir.

Kuru buz bombası cihazı, ilk kez 9 Ağustos 2006’da yayınlanan MythBusters’ın  Mentos ve Soda adlı 57. bölümde ve aynı zamanda Time Warp’ın Archer bölümünde de yer almıştır.

Dünya Dışında Kuru Buz

• 1966’da Mariner 4  adlı uzay aracının Mars uçuşunu takiben, bilim insanları Mars’ın kutup kapaklarının tamamen kuru buzdan oluştuğu sonucuna ulaştı. Bununla birlikte, 2003 yılında California Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar tarafından elde edilen bulgular, Mars’ın kutup kapaklarının neredeyse tamamen su buzundan oluştuğu ve kuru buzun sadece mevsimsel olarak kalınlaşan ve incelen ince bir yüzey tabakası oluşturduğunu göstermiştir. Mars’ın kutup bölgelerinde kuru buz fırtınası adı verilen bir fenomenin ortaya çıktığı düşünülmüştür. Kristalin CO2 bulutlarında suyun yerini alarak Dünya’nın fırtınaya neden olabileceği söylenmişti. Kuru buz, Mars’taki Geysers için bir mekanizma olarak da önerilmektedir.
• 2012 yılında, Avrupa Uzay Ajansı’nın Venus Express Probu, Venüs atmosferinde sıcaklıkların karbondioksitin üçlü noktasına yakın olduğu soğuk bir tabaka tespit etti ve kuru buz pullarının çökelmesinin mümkün olduğunu söylediler.
• Voyager 2 tarafından Uranüs deneme uçuşu sırasında yapılan gözlemler, kuru buzun ayın büyük uyduları Ariel, Umbriel ve Titania’nın yüzeyinde bulunduğunu göstermektedir. Bilim insanları, Uranüs’ün manyetik alanının uydularının yüzeylerinde CO2 buzu oluşumuna katkıda bulunduğunu düşünüyor. Neptün’ün ayı olan Triton’un 2 numaralı gözlemi sırasında, yüzeyinde kuru buzun olduğu söylenildi ancak detaylı gözlemler sonucunda Triton’un yüzeyinin karbon monoksitten oluştuğunu kabuğunda ise önemli miktarda kuru buz bulunduğu keşfedilmiştir.

Güvenlik 

• Kuru buza uzun süre maruz kalmak, donma nedeniyle ciltte ciddi hasara neden olabilir ve oluşan sis nedeniyle ortamdan uzaklaşmak mümkün olmayabilir.
• Hiperkapni tehlikesi oluşturabilecek miktardaki karbondioksit gazı süblimleştiğinde, kuru buz iyi havalandırılmış bir ortamda veya açık havaya maruz bırakılmalıdır. Bu nedenle kuru buz, laboratuvar güvenliği kapsamında S-ifadesi (S9) ile ilişkilendirilir. 
• Endüstriyel kuru buzun gıda maddeleriyle doğrudan teması güvenli olmayan kirletici maddeler içerebilir. Kuru buz püskürtmeli temizliklerde kullanılan küçük kuru buz peletleri yağlı kalıntılar içermez.
• Kuru buz, Avrupa Birliği tarafından tehlikeli bir madde veya kara taşımacılığı için ABD Ulaştırma Bakanlığı tarafından tehlikeli bir madde olarak sınıflandırılmamasına rağmen, hava veya deniz yolu ile taşındığında, tehlikeli bir mal ve IATA (IATA PI 954)  etiketi ve elmas şeklindeki UN 1845 yazan siyah-beyaz bir etiket gerektirir. Ayrıca, basınç birikiminin ambalajı kırmaması için yeterli havalandırmayı sağlayacak düzenlemeler yapılmalıdır. ABD’deki Federal Havacılık İdaresi, havayolu yolcularının kolay bozulabilir gıdalarını soğukta tutmak için kişi başın 2,5 kg (5,5 lb) kontrol edilmiş bagaj veya el bagajı taşımasına izin verir.

Hazırlayan: Rabiye Baştürk

Kaynak: 1 (Erişim: )