Robert Levis dumpade bitar av en vitaktig substans i en bägare med vatten, och genast började vätskan skumma och kärva som en trolldryck, spyr ut dimplymer över bordet på sitt kontor vid Temple University.

"Det ser ut som att vattnet kokar, sa Levis, en kemiprofessor.

Motsatsen. Dimman var inte ånga, men vattendroppar som hade frusit – tack vare en blåst av minusgrader från det vitaktiga ämnet:torris.

Formellt känd som fast koldioxid, torris får sitt smeknamn från en kemisk egenskap som rättvist beskrivs som sublim. Det smälter inte, men sublimerar – går direkt från fast till gas, utan kladdig vätska inblandad. Och eftersom den fasta formen har en temperatur på negativa 109 grader Fahrenheit, det kyler allt i närheten som en mästare.

Som vacciner. Som vi har hört i månader, Covid-19-skotten gjorda av Pfizer Inc. och BioNTech SE kräver särskild uppmärksamhet åt "kylkedjan" – att hålla flaskorna vid ultralåga temperaturer på resan från fabrik till klinik så att den RNA-baserade produkten inte bryts ned. Vanliga frystemperaturer är OK i två veckor före användning, men för långtidslagring och transport, det erforderliga området är mellan -112 och -76 grader:en perfekt passform för torris.

Levis illustrerade nyligen materialets coola egenskaper med en serie demonstrationer. Det ploppade ballonger. Karamellfärg. En leksakspistol som sköt såpbubblor!

Hans verkliga jobb involverar forskning om så banbrytande ämnen som att använda laser för att mäta de kemiska "markörerna" för hjärnskada, men vem säger att universitetstyper inte kan ha lite kul? Levis, som också föreläser om kemin i att göra vin, är en stor förespråkare för att använda vardagsfenomen som läromedel.

Och torris, används för så olika ändamål som att göra glass, sprängning av graffiti från väggar, och skapa "dimma" för specialeffekter, är ungefär så vardagligt man kan bli.

Varför det är torrt

Enkelt uttryckt, molekyler av koldioxid klamrar sig inte fast vid varandra så bra.

För att förstå varför, låt oss börja med vatten. Vattenmolekyler är "polära, " vilket betyder att de är något positiva i ena änden (väteatomerna i H2O) och något negativa på den andra (syren). Motsatser lockar, så molekylerna håller ihop ganska bra. Det är därför vattenmolekyler tenderar att samlas i små pärlor på ett dricksglas eller en bilvindruta, en process som kallas sammanhållning.

Men molekyler av koldioxid (CO ₂ ) har en syreatom (den negativa delen) i båda ändarna, med kol i mitten. Ingen attraktion mellan änden av en molekyl och nästa. Resultatet:det krävs inte mycket för att molekyler av koldioxid ska dra isär från varandra. När du väl blir högre än minus 109 grader, svischande! Molekylerna springer isär i gasfasen, utan att pausa i flytande form.

Vid rumstemperatur, det händer i en hast.

Att demonstrera, Levis placerade bitar av torris i en plastflaska och fäste en ballong ovanpå. Han gjorde sedan samma sak för en annan flaska med kuber av vad han kallade "vattenis" - det vill säga, fruset vatten, inte sommarens Philadelphia-godis. (Notera till de som kanske provar detta på egen hand:Bär skyddshandskar för att hantera torrisen, och gör det i ett ventilerat utrymme.)

Nästan omedelbart, ballongen på torrisflaskan började blåsa upp, när de fasta bitarna sublimerades till koldioxidgas. På bara några minuter, smäll! Ingen mer ballong.

"Ha ha!" skrattade han. "Värt väntan."

Men i den andra flaskan, den vanliga isen smälte helt enkelt till vatten. Små mängder avdunstade, men inte tillräckligt för att se någon effekt. Ballongen förblev slapp.

Hur det är gjort

om ett ämne är fast, flytande, eller gas beror på mer än temperatur. En annan faktor är trycket. Om trycket är tillräckligt högt, även koldioxid kan komprimeras från en gas till dess flytande fas.

Faktiskt, det är så torris görs, sa Rich Gottwald, ordförande för Compressed Gas Association, en industrihandelsgrupp. (Bland dess medlemmar finns Radnor-baserade Airgas, en av de ledande amerikanska producenterna av torris.)

Först, koldioxidgas fångas upp som en biprodukt från olika industriella processer som att tillverka etanol. Det komprimeras sedan till en vätska inuti en metalltank. När en speciell typ av utlösningsventil öppnas, det plötsliga tryckfallet gör att vätskan snabbt kan fly ut som en gas. Temperaturen sjunker därefter, så mycket att gasen omedelbart fryser till vita flingor:torris.

Samma princip används i luftkonditionering och kylning, när kylvätska komprimeras och sedan tillåts expandera till gasform, om och om igen i en cykel. Men andra ämnen används för det ändamålet, inte koldioxid. Det finns ingen "is" fas, bara vätska och gas. När kemistudenter lär sig, varje ämne beter sig olika som svar på olika kombinationer av temperatur och tryck.

Medlemmar av handelsgruppen för tryckgas producerar 35, 000 ton koldioxid varje dag i USA och Kanada, varav 16 % görs till torris, sa Gottwald. För att tillgodose den ökade efterfrågan på att skicka vaccinerna, företag har ökat torrisproduktionen med uppskattningsvis 5 % – vilket motsvarar mindre än 1 % av den totala koldioxidproduktionen. Ingen brist har rapporterats.

Tunga grejer

Sista roliga fakta. Detta har ingenting att göra med dess användbarhet vid leverans av vacciner, men koldioxid är tätare än luft. Att demonstrera, Levis placerade bitar av torris i en plastbehållare och lät den börja sublimeras till ett osynligt lager av gas.

Han använde sedan en leksakspistol för att skjuta såpbubblor över toppen. Bubblorna fylldes med luft, och vanligtvis skulle ha sjunkit till golvet på grund av vikten av den tunna tvålfilmen. Men i kemistens demo, de luftfyllda bubblorna förblev uppe, flyter ovanpå lagret av tätare koldioxid under.

"Det är precis som en heliumballong, " han sa.

Koldioxid är också en växthusgas, vilket betyder att det spelar en roll i klimatförändringen, men det är ett ämne för en annan dag. Och torris bidrar inte riktigt till problemet, eftersom den är gjord av CO ₂ som produceras i alla fall.

Tillbaka till ämnet för ögonblicket:att hålla vaccin kallt. Några andra ämnen kan få jobbet gjort, såsom flytande kväve. Men det vore överdrivet, eftersom dess temperatur är negativ 320 grader.

Du kan också kyla ner vanlig is tillräckligt långt för att hålla vaccinerna kalla. Men det skulle vara mindre effektivt än att bara använda torris i sig, sa Levis, som är senior associerad dekanus vid Temples College of Science and Technology. Förutom, när vanlig is smälter, resultatet (överraskning!) är vatten. Vaccinetiketterna skulle lossna.

Så när du navigerar i den besvärliga processen för att registrera dig för vaccination, det är vettigt att chilla i åtminstone ett avseende. Torris är på fallet.

(c)2021 USA idag
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.