Lo siento si es una pregunta amplia, pero estoy tratando de planear un simple experimento. Me pregunto si hay una forma algo simple de medir continuamente $ \ce {CO2}$ . Ya sé que el contenido inicial de dióxido de carbono está alrededor de $ \pu {2.2g}$ de la investigación, pero no sé cómo se llega a este resultado.
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Mide el cambio de masa a lo largo del tiempo del líquido restante. Aunque algo de agua también se evaporará, puedes controlarlo manteniendo la humedad cerca del 100%.
Si tienes que ser preciso recoger los gases de escape $ \ce {CO2}$ en una trampa fría de nitrógeno líquido. Comprueba la masa del condensado, que debería igual a la perdida de la soda. Comprobar la pureza, para ser realmente quisquilloso.
workmad3
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Medir la concentración en un volumen fijo de aire
La forma más fácil podría ser ponerlo en una bolsa o caja impermeable sellada y medir la concentración de CO2 en el tiempo. Los aficionados al hogar utilizan algo como el sensor de CO2 MG-811 o un simple sensor óptico no dispersivo y lo conectan a un Pi de frambuesa o a un Arduino utilizando un chip convertidor de analógico a digital (ADC). Para (un poco más) más sobre eso ver esta respuesta a ¿Por qué son tan caros los sensores de CO2 cuando los de CO no lo son?
...los sensores de CO2 son células químicas de electrolitos sólidos como el MG-811 o versiones más recientes (ver esta pregunta ) o son Sensores de luz infrarroja no dispersiva (NDIR) basado en la absorción óptica de una cierta longitud de onda de luz infrarroja, utilizando un filamento caliente u otra fuente de luz para producir IR y un estrecho filtro óptico de varias capas para seleccionar una de las líneas de absorción fuerte de CO2. A mayor cantidad de CO2, mayor es la reducción de la transmisión de la luz en el camino óptico del sensor.
Se estimaría el volumen total de aire atrapado y se multiplicaría por la fracción de CO2 (en cada punto temporal) para obtener la cantidad acumulada de CO2 liberada por el líquido.
Medir la cantidad recogida en un depurador de CO2
Construyendo sobre La técnica propuesta por el Dr. Moishe Pippi aunque no puedo garantizar la precisión, podrías intentar usar otra cosa para absorber el CO2 además de una trampa de frío.
Propongo que considere una depurador de dióxido de carbono .
Sin embargo, el hidróxido de litio puede no ser apto para uso doméstico, ya que es muy peligroso de tocar o de cualquier otra forma de contacto! Así que deberías hacer esto con supervisión.
De PubChem; hidróxido de litio (compuesto)
Hidróxido de litio, la solución aparece como un líquido claro a blanco como el agua que puede tener un olor acre. El contacto puede causar una severa irritación en la piel, los ojos y las membranas mucosas. Puede ser tóxico por ingestión, inhalación y absorción cutánea. Se utiliza para fabricar otros productos químicos.
Sistema regenerativo de eliminación de dióxido de carbono
El sistema regenerativo de eliminación de dióxido de carbono (RCRS) en el orbitador del transbordador espacial utilizaba un sistema de dos camas que proporcionaba una eliminación continua de dióxido de carbono sin productos prescindibles. Los sistemas regenerativos permitían a una misión del transbordador una estancia más prolongada en el espacio sin tener que reponer sus recipientes de absorbente. Los antiguos sistemas a base de hidróxido de litio (LiOH), que no son regenerables, fueron sustituidos por sistemas a base de óxido metálico regenerable. Un sistema basado en el óxido de metal consistía principalmente en un recipiente absorbente de óxido de metal y un conjunto regenerador. Funcionaba eliminando el dióxido de carbono mediante un material absorbente y regenerando después el material absorbente. El recipiente de sorbente de óxido metálico se regeneraba bombeando aire a aproximadamente 204 °C (400 °F) a través de él a una velocidad de flujo estándar de 0,0035 m3/s (7,5 pies cúbicos por minuto) durante 10 horas.
Exactamente cómo hacerlo requerirá algún aporte de un químico real. Eso podría ser mejor preguntado como una nueva pregunta "¿Cómo usar LiOH (pellets o polvo) como un depurador de CO2 casero?" por ejemplo.
Si se pone el recipiente abierto en un recipiente más grande (bolsa o caja de plástico sellada e impermeable) con algo más que absorba el CO2 y se mantenga a temperatura ambiente, se podría pesar antes y después como un límite inferior al menos al CO2 perdido por el líquido.
Si alguna vez has visto la película Apolo 13 o conocer la historia de la lata del depurador de CO2 ( 1 , 2 ) podrías recordar que eliminó el CO2 exhalado por el astronauta del aire de la cabina y lo mantuvo dentro de los pellets sólidos de LiOH que contenía.
Debido a que necesitaban que fuera compacto pero para fregar un gran volumen de aire, la nave espacial utilizó un ventilador para hacer circular el aire a través del depurador. Pero en su caso podría ser posible utilizar hidróxido de litio u otro material como el óxido de plata (véase esta respuesta y Prueba de rendimiento de EMU METOX ).
Aquí hay algunos datos de ese informe. Puedes ver que los ~14 kg de óxido de plata podrían contener aproximadamente 0,8 kg de CO2.
Historia, de la NASA Construyendo un adaptador para el contenedor del Apolo 13 LiOH :
Jörg W Mittag
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Para una medición directa de $ \ce {CO2}$ es posible utilizar la espectroscopia de infrarrojos (IR). La radiación infrarroja puede ser absorbida por las moléculas, haciendo que vibren. La frecuencia exacta de la radiación absorbida suele ser característica de ciertos enlaces o grupos funcionales.
En particular, el modo de estiramiento antisimétrico fundamental de $ \ce {CO2}$ en solución acuosa (específicamente el isótopo del carbono-12 $ \ce {^{12}CO2(aq)}$ , no ácido carbónico $ \ce {H2CO3}$ ) es excitado por fotones de longitud de onda $ \mathrm {4268\ nm}$ (más comúnmente reportado como $ \mathrm {2342.9\ cm^{-1}}$ por razones históricas). Este modo de vibración es útil por las siguientes razones:
- El pico de absorción es bastante agudo, con un "ancho" (FWHM) de sólo $ \mathrm {9\ cm^{-1}}$
- La absorción molar es fuerte, a $ \mathrm {1.5 \times 10^6\ cm^2\ mol^{-1}}$
- La intensidad de absorción varía linealmente con la concentración
- Pocas otras sustancias tienen una fuerte absorción en la misma región
En conjunto, estas propiedades hacen que el pico sea adecuado para las mediciones analíticas. Esto ha sido discutido en Vib. Espectro. , 1992, 4 (1), 105-108 . Aunque el artículo no exploró la posibilidad, es probable que la técnica pueda adaptarse para su uso en los refrescos. Las mediciones podrían realizarse directamente en botellas sin abrir. Además, existen beneficios similares para la medición de gases $ \ce {CO2}$ así que se podría realizar una medición independiente del espacio sobre el líquido con el mismo instrumento, y los resultados se cruzarían para obtener una mayor precisión.
Esto no sería muy fácil para un aficionado a la química de cocina (aunque existen espectrómetros IR de mano/compactos/portátiles y no son tremendamente caros), pero tal estudio estaría muy al alcance de la mayoría de los laboratorios químicos.
Zhora
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Puede que quieras usar un $ \ce {CO2}$ electrodo selectivo de iones como la PS-3517 de PASCO:
Esta sonda de electrodo selectivo de iones de dióxido de carbono (ISE) es un electrodo sensor de gas que permite una medición rápida, simple, eco-nómica y precisa del CO2 disuelto en soluciones acuosas.
La ventaja sobre otros métodos es que se mide la concentración in situ y, por lo tanto, no hay que preocuparse de cómo capturar $ \ce {CO2}$ cuantitativamente (ponderando pequeñas cantidades), cómo discriminar $ \ce {CO2}$ de otros gases (por ejemplo el agua, que debe ser eliminada del gas o impedir que se condense en el $ \ce {CO2}$ trampa), sobre la complicada toma de muestras intermitentes, y sobre cómo la tasa de captura podría afectar a su medición.
Debería funcionar con Coca-Cola :
Rango de pH: Las muestras y los estándares deben ser ajustados por debajo de pH 4.00
Zhora
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Un método muy diferente que debería funcionar bien dado el alto nivel inicial de carbonatación en la Coca-Cola (141 mM según mi estimación basado en este post ) es $ \ce {^{13}C}$ -NMR. Véase, por ejemplo, la Referencia 1. Los espectros de las soluciones líquidas tienen una alta resolución y se pueden adquirir datos unidimensionales de forma continua en un lapso de unos pocos minutos por espectro.
Note que los espectros pueden ser adquiridos en la forma natural $ \ce {^{13}C}$ abundancia (alrededor del 1%) o enriquecido con $ \ce {^{13}C}$ que, por supuesto, será (mucho) más caro. Por otro lado, podrías ser capaz de capturar para su reutilización los $ \ce {^{13}C}$ con uno de los métodos sugeridos en una de las otras respuestas.
Referencias
- Qi Yang, Mark Bown, Abdelselam Ali, Dave Winkler, Graeme Puxty y Moetaz Attalla. Un estudio de RMN de Carbono-13 de absorción de dióxido de carbono y Desorción con soluciones acuosas de aminas. Energy Procedia 1 (2009) 955-962
