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私たちが知っているドライアイスは、固体状態の二酸化炭素にすぎません。これは非常に一般的な化合物であり、最初に液体状態を経ることなく固体状態から気体状態に移行できるという特殊性 (昇華として知られるプロセス) を持っています。
1 気圧では、二酸化炭素の昇華点は -78.5°C です。これが、大気にさらされたドライアイスのブロックが自然に -78.5°C まで温まり、その後昇華し始め、蒸発するまでその温度にとどまる理由です。完全に。このような低温に保たれ、液体になることなく消費されるという事実は、まさにこの形態の二酸化炭素のドライアイスの名前を正当化するものです.
この同じ特性により、取り扱いが簡単な携帯用冷媒として、また「偽の煙」またはドライアイスの霧を生成するために使用される低温ガスの供給源として、特に有用になります。
ドライアイスの霧や煙はどのように発生しますか?
ドライアイス フォグの形成は非常に簡単です。必要なのはお湯とドライアイスだけ。手順は次の 3 つです。
- 水を沸騰するまで加熱し、発泡スチロールや発泡ポリスチレン (EPS) 容器、オープン魔法瓶、デュワー ビーカーなどの断熱容器に入れます (後者は一部の研究所で入手できます)。
- 沸騰したお湯にドライアイスのブロックを追加します。お湯の入った容器に収まるほど小さいブロックであることが望ましいですが、あまりにも早く蒸発するのを防ぐために小さすぎないことが望ましいです。濃い霧がすぐに形成され始め、容器の側面から溢れ、床に滴り落ちます。
- 霧を持ち上げてより多くの空間を覆いたい場合は、扇風機を使って空気を動かすことができます。
時間が経つとドライアイスの温度が低いため、お湯が冷めていきます。これにより、発生する霧の量が徐々に減少します。また、冷たい二酸化炭素が暖かい周囲の空気と結合するにつれて、霧は消散する傾向があり、煙や霧の影響も減少する傾向があります.
ドライアイスの煙を着色するプロセス
多くの用途において、異なる色の煙または霧を生成することが望ましい。ミストは使用される2つの成分からしか白くできないため、これはミストで直接達成することはできません. ただし、白い霧は、色付きの光を当てることで色の外観を与えることができます。
霧は白なので、可視光のすべての色を反射する能力があります。このため、白い霧に青い光を当てると、青い光が反射して青く見えます。私たちが使用する他の色の光でも同じことが起こります。
ドライアイスの霧はどのように機能しますか?
ドライアイスの霧の形成を説明する際によくある間違いは、目に見える霧が実際には二酸化炭素でできていると仮定することです。結局のところ、ドライアイスは固体の二酸化炭素でできており、昇華プロセスによって気体として放出されるのはその化合物ですよね?
これは完全に真実です。問題は、二酸化炭素が無色の気体であるため、目に見えないことです。これは、霧の白い色がドライアイスに由来しないことを意味します。だから、それは別のものでなければなりません。
私たちの小さな偽の煙発生器の 2 番目の成分を分析すると、2 番目の間違いに陥り、霧が実際には水蒸気であると考えることができます。ただし、水蒸気の場合は、気体の二酸化炭素の場合と同じです。気体の水も目に見えません。
それで、私たちは本当に何を見ますか？
霧は、雲のように、実際には数百万の小さな液体の水滴が凝縮することによって形成されます。これらの水滴は非常に軽いため、しばらくの間空気中に浮遊したままになります。これらの小さな液滴は、ドライアイスの昇華によって放出される冷たいガス状の二酸化炭素 (氷点下 78.5 °C) と接触したときに、温水からの水蒸気が凝縮することによって生成されます。
この昇華は、ドライアイスが熱湯と接触すると大幅に加速され、大量の二酸化炭素ガスが放出され、最近凝縮した水蒸気の液滴が引きずられて、目に見える霧が形成されます。
冷たい二酸化炭素と小さな水滴の霧はどちらも空気よりも密度が高いため、液体のように落下して地面の近くをたどる傾向があります。ただし、ミストを持ち上げて広げるのに必要なのは小さなドラフトだけですが、これにより持続時間が短くなります.
霧はなぜ消えるのですか？
霧が消えてしまう理由はいくつかあります。1 つ目は、霧が空間に広がるにつれて、霧を形成する粒子の濃度が低下する (空気で希釈される) ため、ますます薄くまたは希薄に見えることです。また、熱気と混合することにより、二酸化炭素ガスも加熱され、環境からより多くの水蒸気を凝縮する能力が低下します. 一方、加熱すると、霧の中の小さな水滴は再び蒸発する傾向があり、目に見えない水蒸気に戻ります。
いくつかの重要なセキュリティ対策
二酸化炭素は化学的にかなり不活性な物質であるため、ドライアイスは特に危険ではありません。ただし、次の 2 つの理由からリスクになる可能性があります。
- ドライアイスはとても冷たいです。実際、私たちが慣れ親しんでいるほとんどの冷たいものよりもはるかに寒いです。ドライアイスは-78.5℃ですが、家庭用冷凍庫はせいぜい-20℃まで冷えます。これは、ドライアイスが水の凝固点をはるかに下回っていることを意味するため、素手で触れると皮膚の凍傷や凍傷を引き起こす可能性があります.
- 急速に昇華して空気になることにより、ドライアイスは、特に地表レベルでかなりの量の二酸化炭素ガスの流れを生成し、空気を置換します。このため、ドライアイスの開いたサンプルの近くで地面に横たわると、窒息する可能性があります。
これらの 2 つの理由から、冷やけどを避けるために適切な手袋を使用してドライアイスを常に取り扱う必要があります。また、酸素不足による窒息は致命的となる可能性があるため、居眠りの可能性がある室内でドライアイスの霧を発生させないように注意する必要があります。一般に、換気の良い場所で作業すれば、重大な事故を避けることができます。
ドライアイスなしの霧
ドライアイス フォグと同じ原理で、通常の氷を使用してフォグを生成できますが、その効果ははるかに目立たず、フォグはほとんど見えません。角氷を熱湯の上に置いたストレーナーに入れると、角氷の冷たさで蒸気が凝縮し、氷の上に薄い霧ができます。
ドライアイスの効果がより劇的な理由は、急速に昇華し、蒸気を凝縮して運び去る冷たいガスの流れを生成するためです。対照的に、通常の氷は昇華しないため、ドライアイスほどの抗力電流は発生しません。また、氷が溶け始めるときの温度は -78.5 °C ではなく 0 °C にすぎないため、通常の氷の周囲の空気はドライアイスの周囲の空気ほど冷たくなりません。これにより、凝縮して霧を形成する蒸気の量が制限されます。
参考文献
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