Ethanol und Eis: Die Wissenschaft hinter Wechselwirkungen und Anwendungen

Eis hat eine geringe Reibung, was es für Eiskunstläufer nützlich und für Autofahrer gefährlich macht. Wissenschaftler haben signifikante Aktivitäten mit Eis bei niedrigen Temperaturen beobachtet, einschließlich des Phänomens des Vorabschmelzens, und haben auch verschiedene chemische Reaktionen bemerkt, die auftreten, wenn Ethanol und Eis kombiniert werden. Ethanol wurde bereits als Frostschutzmittel und als Quelle der Belustigung mit zwei verschiedenen Eis-Tricks verwendet: dem brennenden Eiswürfel und dem sinkenden Eiswürfel. Trockeneis wurde als Reinigungswerkzeug in Ethanolanlagen verwendet.

Vorabschmelzen

Eis bildet manchmal eine Vorabschmelzschicht bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Die Flüssigschicht entsteht aus der freien Energie der Oberflächentemperaturen und ist von der Richtung der Kristalloberfläche abhängig. Es gibt Fälle, in denen Eisoberflächen kein Vorabschmelzen aufweisen. Ethanol ist eine Chemikalie, die einen Einfluss auf das Vorabschmelzen von Eis hat. Ethanol interagiert hauptsächlich mit dem Wasserstoff, der in den Wasserstoff- und Sauerstoffverbindungen vorkommt, die Wasser ausmachen, wodurch Vorabschmelzen bei niedrigeren Temperaturen auftritt. Dieses Vorabschmelzen bei niedrigeren Temperaturen kann Auswirkungen auf die Zerstörung der Ozonschicht und die Erhöhung der Glätte von Eisbahnen haben. Die Erhaltung des Ozons hängt von der Existenz von Eis in der Luft ab, das durch Vorabschmelzen reduziert wird. Vorabschmelzen auf Eis bei Eisbahnen schafft die Reibung, die zum Eisklaufen erforderlich ist.

Rechenmodell

Die Harvard University hat ein Rechenmodell erstellt, das dazu dient, zu untersuchen, wie Ethanol das Vorabschmelzen beeinflusst. Diese Computermodelle werden verwendet, um Wasser- und Ethanol-Interaktionen zu erforschen, die Konzentration von Ethanol und Vorabschmelzwasser zu untersuchen und die Dicke der Vorabschmelzschicht von Eis mit Ethanol mit der Schicht zu vergleichen, die kein Ethanol enthält.

Gefrierpunkt

Ethanol hat einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser. Wenn Ethanol mit Wasser gemischt wird, wird der Gefrierpunkt nicht erreicht. Infolgedessen muss das mit Ethanol gemischte Wasser viel kälter werden, um Eis zu bilden. Ethanol wird normalerweise mit Zucker gemischt und bildet eine Flüssiglösung.

Tricks

Ethanol kann sich mit dem Wasser vermischen, das aus dem Eiswürfel austritt, wenn der Eiswürfel schmilzt. Da Ethanol sehr brennbar ist, wird der Eiswürfel brennend erscheinen, wenn der Ethanol um den Eiswürfel brennt. Ethanol kann auch verwendet werden, um Eis sinken zu lassen. Da Ethanol wie Wasser aussieht, aber weniger dicht ist als Wasser, wird der Eiswürfel durch den Ethanol sinken.

Trockeneis

Trockeneis wird verwendet, um Ethanolanlagen zu reinigen, wenn die Ethanolanlagen abgeschaltet sind. Eine Technik namens Trockeneisstrahlen reinigt die Ethanolanlagenausrüstung, ohne die Ausrüstung nass zu machen, laut Midwest Dry Ice Blasting. Wenn die Ausrüstung nass ist, muss die Ethanolanlage abgeschaltet bleiben, bis die Ausrüstung getrocknet ist. Die Ethanolanlagen produzieren Kohlenstoff als Nebenprodukt, das in Trockeneis umgewandelt werden kann, laut Soil and Material Engineers.